精煉烴原料的方法

2023-07-07 13:42:06 2

專利名稱：精煉烴原料的方法
精煉烴原料的方法交叉引用本申請要求美國臨時專利申請第60/973，394號(2007年9月18日提交)和第 61/085，780號(2008年8月1日提交)的權益，所述申請通過引用併入本文。
背景技術：
碳基化石燃料例如煤、石油和天然氣是有限的且不可再生的資源。以目前的消耗 速度，化石燃料的供應在可預見的將來將被耗盡。同時，燃耗化石原料已經引起了大氣中二 氧化碳濃度的上升，其被認為引起了全球氣候變化。由於數種原因，生物燃料是化石燃料切實可行的替代物。生物燃料是由生物 質——源自近來活生物的物質——產生的可再生的能源。雖然生物燃料也是碳基的，但是 它們不會引起大氣中二氧化碳水平顯著的淨增加，這是因為在燃料消耗期間釋放出的二氧 化碳通過新的生物生長被重新吸收。因為運輸相關的汽油消耗代表了所有液體化石燃料使用的主要 部分，用液體生物 燃料補充或替換汽油預期減少我們對化石燃料的依賴和減少二氧化碳產生。目前可使用的 液體生物燃料包括乙醇和類脂。乙醇一般由富含碳水化合物例如糖和澱粉的作物生產。復 合糖例如纖維素和半纖維素也可以分解成糖，其隨後可以通過微生物轉化為乙醇。類脂基 的生物燃料，也被稱為生物柴油，是源於植物例如玉米、大豆、向日葵和高粱的植物油。然而，使用乙醇和類脂基生物燃料的能源益處有待商榷。乙醇具有比汽油低的能 含量，使得需要更多的乙醇以提供相同的能量輸出。更重要地是，乙醇和類脂生產目前都通 過化石燃料驅動。例如，生產乙醇的能量包括運轉農業機械和進行灌溉、運輸和磨碎作物、 生產殺蟲劑和肥料以及發酵和蒸餾乙醇。有人擔心乙醇生產的能量輸入可能會超過來自乙 醇燃燒的能量輸出。另外，乙醇和生物柴油的廣泛生產和使用將要求建造新的配送管道，這 是因為兩者都不適合於使用現有的燃料配送基礎設施進行運輸。而且，作物-基燃料例如 乙醇和傳統的生物柴油的任意大規模的發展將與食品生產競爭相同的資源，並最終受到耕 地數量的限制。因此，存在從可再生源生產燃料以及克服現有生物燃料缺點的需要。發明概述本文公開的是裂化倍半萜的催化裂化方法，該方法包括在催化裂化條件下將含有 倍半萜的原料與催化組合物接觸。例如，倍半萜可以是花側柏烯或法呢烯。該方法可以包 括生產含有重量百分比大於50%的甲苯、小於的2%苯、小於20%的二甲苯和大於30%的 環己烷類和環戊烷類的組合的混合物。在另一種情況下，該方法包括生產含有重量百分比 大於15%的甲苯和大於10%的鏈烷烴(石蠟，paraffin)的混合物。在一些情況下，裂化 條件包括加熱原料至高於350°C，並且其中所述方法包括生產含有重量百分比大於75%、 辛烷值大於90的組分的混合物。同樣，所描述的混合物可以包括重量百分比大約15%至大 約20%的甲苯和大約10%至大約15%的鏈烷烴。混合物也可以包括重量百分比大於50% 的芳香烴。
另一方面，提供裂化二萜的催化裂化方法，該方法包括在催化裂化條件下將含有 二萜的原料與催化組合物接觸。在一種情況下，二萜是是植醇。該方法可以包括生產含有 重量百分比大於55%的C5-C9鏈烷烴的混合物，其中超過70%重量的鏈烷烴是單甲基鏈烷 烴。在一些情況下，裂化條件包括加熱原料至大於350°C，並且其中所述方法包括生產含有 重量百分比大於75%、辛烷值大於90的組分的混合物。在一些情況下，該混合物包括重量 百分比大於40%的甲基丁烷。混合物也可以包括重量百分比小於的C4鏈烷烴。在又一方面，本文提供裂化三萜的催化裂化方法，該方法包括在催化裂化條件下 將含有三萜的原料與催化組合物接觸。三萜可以是角鯊烯。也提供裂化四萜的催化裂化方法，該方法包括在催化裂化條件下將含有四萜的原 料與催化組合物接觸。四萜可以是胡蘿蔔素。在一方面，本文提供裂化包括至少三種萜的混合物的催化裂化方法，該方法包括 在催化裂化條件下將包含至少三種萜的混合物與催化組合物接觸。至少三種萜可以是倍半 萜。在一種情況下，原料包含姜油。該方法可以生產包括重量百分比大於15%的環烷、大於 20%的鏈烷烴、大於5%的二甲苯和大於5%的甲苯的混合物。該混合物也可以包括選自單 萜、倍半帖、二萜、三萜和四萜的不同大小的至少三種萜。方法還可以包括從藻類提取含有 至少三種萜的混合物。在另一方面，提供裂化來自藻類的油的催化裂化方法，該方法包括從藻類提取油 以形成包括萜的原料；在催化裂化條件下將包含萜的原料與催化組合物接觸。在一些情況 下，方法還包括在提取油之前，基因修飾所述藻類。基因修飾的藻類與沒有基因修飾的藻類 相比，可以產生增加量的萜。在一些情況下，該方法還包括將來自藻類的油與燃料組分混 合，然後接觸原料。例如，燃料組分選自以下化石燃料、石油、混合燃料的混合物、汽油、柴 油、噴氣式發動機燃料和它們的任何組合。萜可以是例如倍半萜、二萜、三萜、四萜、花側柏 烯、法呢烯、植醇、角鯊烯或胡蘿蔔素。在一些情況下，催化裂化方法包括裂化條件，其中該裂化條件包括加熱原料至大 約100-1000°c之間。在進一步的情況下，催化裂化條件包括加熱原料至大約180和580°C 之間、或大約200和400°C之間或大約350和400°C之間的溫度。在一些情況下，催化裂化方法包括將原料與含有分子篩的催化組合物接觸。分子 篩可以是具有孔徑大小大於6埃和/或具有10-15埃的籠直徑(cage diameter)的大孔 分子篩。在一些情況下，大孔分子篩是12-環沸石，例如0型、L型、Y型、LZY-72、Valf0r CP811BL-25、ELZ-L或T-4546。在其它情況下，分子篩是10_環沸石，例如ZSM-5沸石。在 一些情況下，催化組合物包括多於一種分子篩。例如，催化組合物還包括可以與所述分子篩 不同大小的第二分子篩。在一方面，本文描述包括以下步驟的精煉的方法在流動反應器中裂化包括角鯊 烯的原料；蒸餾裂化產物；和得到具有辛烷值(octanerating)在大約85至125之間的燃料 產品。在一些情況下，辛烷值大於90。本文也提供製備燃料產品的方法，其包括從基因修飾的無維管光合生物得到原 料；並且在催化裂化條件下將該原料與催化組合物接觸，由此製造燃料產品，其中催化組合 物包括具有孔徑大小大於6埃的大孔分子篩。裂化可以在高至420°C的溫度下進行。催化 組合物可以是12環沸石。燃料產品可以具有大約85至125之間的辛烷值或可以具有大於90的辛烷值。在一些情況下，方法還包括加入燃料組分到燃料產品，其中燃料組分是乙醇、 噴氣式發動機燃料、柴油、生物柴油或汽油。在一些情況下，方法還包括加入燃料添加劑到 燃料產品。一方面，提供組合物，其包括從藻類提取的油和催化裂化組合物。也提供組合 物，其包括萜和催化裂化組合物，其中萜可選自以下單萜、倍半萜、二萜、三萜、四萜、花 側柏烯、法呢烯、角鯊烯、姜油烯和胡蘿蔔素。本文描述的其它組合物包括含有以下的組合 物姜油和催化裂化組合物，以及包括含有以下的組合物植醇和催化裂化組合物。催化 裂化組合物是分子篩。在一些情況下，分子篩是孔徑大小大於6埃和/或籠直徑10-15埃 的大孔分子篩。在一些情況下，大孔分子篩是12-環沸石，例如0型、L型、Y型、LZY-72、 ValforCP811BL-25、ELZ-L或T-4546。在其它情況下，分子篩是10_環沸石，例如ZSM-5沸 石。通過引用併入本說明書中提到的所有出版物、專利和專利申請在此通過引用被併入，其程度如 同每一份單獨的出版物、專利或專利申請被特定且單獨地指明通過引用而併入。附圖簡述本發明的許多新特徵在所附的權利要求中具體闡明。參考下面提出說明性實施方 式——其中使用了許多本發明的原理——的詳細描述，和附圖，將使本發明的示例性特徵 和益處得到更好的理解，在附圖中

圖1A顯示進行催化反應和評估產品分配的脈衝反應器。圖1B是顯示運行中的脈衝反應器的示意圖。圖1C總結對不同溫度從花側柏烯得到的各種裂化產物。圖2A顯示使用SN27催化劑在不同反應溫度下花側柏烯的裂化產物。圖2B顯示使用LZY-72催化劑在不同反應溫度下花側柏烯的裂化產物。圖2C、2D和2E總結在三種不同溫度下通過LZY-72催化的花側柏烯的裂化產物的 量。圖3A顯示使用沸石0催化劑在不同反應溫度下的花側柏烯的裂化產物。圖3B和3C總結在二種不同溫度下通過沸石0催化的花側柏烯的裂化產物的量。圖4顯示使用ELZ-L沸石催化劑在不同反應溫度下的花側柏烯的裂化產物。圖5A說明用於裂化從藻類提取的油的示例性脈衝反應器裝置。圖5B顯示裂化粗藻油(crude algal oil)生成的產品。圖5C顯示裂化精煉的藻油生成的產品。圖5D說明粗藻油和精煉的藻油的裂化產物與87、89和91辛烷石油汽油的比較。圖6A顯示使用LZY-72沸石催化劑在不同反應溫度下法呢烯的裂化產物。圖6B顯示法呢烯裂化產物的混合辛烷值。圖7顯示使用LZY-72沸石催化劑在不同反應溫度下姜精油的裂化產物。圖8A使用LZY-72沸石催化劑在不同反應溫度下角鯊烯的裂化產物。圖8B顯示角鯊烯裂化產物的混合辛烷值。圖9A顯示使用LZY-72沸石催化劑在不同反應溫度下植醇的裂化產物。圖9B和9C顯示在植醇裂化的鏈烷烴產品中碳分布和支化程度。
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圖9D顯示植醇裂化產物的混合辛烷值。圖10A顯示與商業汽油樣品的烴組分比較，商業和藻源的植醇的裂化產物的裂化產物。圖10B顯示與商業汽油樣品比較，植醇裂化產物的混合辛烷值。圖11A顯示使用Nickel (鎳)/LZY_72沸石催化劑在不同反應溫度下植醇的裂化 和氫化裂解產物。圖11B顯示植醇氫化裂解產物的混合辛烷值。圖12A示意性顯示適合於大規模裂化方法的裝置。圖12B顯示裂化角鯊烯生產的氣體和液體產品的組合物。發明詳述可以進行精煉烴混合物使烴混合物類型、形狀和大小最優化，以產生燃料產品。燃 料工業中一般的精煉方法包括但不限於蒸餾、分餾、提取、溶劑萃取、加氫處理、異構化、二 聚化、烷基化和裂化。裂化方法一般指例如通過碳-碳鍵的裂開使烴類分解成為較小烴類 的方法。複雜有機分子例如類異戊二烯或重烴可通過前體中的碳-碳鍵的斷開被裂化成為 比較簡單的分子(例如輕質烴)。裂化通常通過使用高溫、催化劑或它們的組合進行。裂化 方法的實例包括但不限於熱裂化、流化床催化裂化、塞摩福流化床催化裂化、蒸汽裂化和氫 化裂解。催化裂化方法可以包括在催化劑——一般為酸性催化劑例如二氧化矽-氧化鋁催 化劑或沸石——存在下有機分子的裂開。催化劑促進鍵的異裂(不對稱)斷裂，這產生相反 電荷的離子對，通常為碳正離子和非常不穩定的氫陰離子。碳局部的(carbon-localized) 自由基和陽離子都是高度不穩定的並經歷鏈重排的過程，例如0位置中的C-C的裂開以及 同時分子間和分子內的氫轉移或氫負離子轉移。在兩種類型的過程中，相應的活潑中間體 (自由基、離子)被永久地再生，並且因此反應可以通過自動傳播的(自增長)成鏈歷程繼 續。反應的鏈隨後可以通過自由基或離子重組被最終終止。在一種實施方式中，催化裂化方法和催化裂化條件包括將有機分子與分子篩例如 沸石接觸。催化裂化條件也可以包括加熱有機分子，例如100-1000°c。在一個實施方式中， 裂化條件包括加熱原料至大約100-1000°c之間。此外，催化裂化條件包括加熱原料至大約 180和580°C之間。在又另一個實施方式中，催化裂化條件包括加熱原料至大約200和400°C 之間的溫度或大約350和400°C之間的溫度。催化裂化條件可以包括加熱原料至其中在催 化劑存在下的C-C鍵裂開被促進的溫度。在一方面，公開裂化萜的催化裂化方法，該方法包括在催化裂化條件下將含有萜 的原料與催化組合物接觸。萜是大的和各種各樣類型的烴，其主要通過多種多樣的光合生物產生。當萜被化 學改性時，例如通過氧化或碳骨架的重排，生成的化合物一般稱為萜類化合物或類異戊二 烯。萜類化合物或類異戊二烯一般包括雜原子。如本文提到的術語萜可以用於描述萜類化 合物或類異戊二烯。萜可以是多種類型的植物和花的精油的主要成分。精油廣泛地用作為食品的天然 調料添加劑、作為香料製造廠中的香料，以及在傳統和替代醫學例如芳香療法中廣泛使用。 天然萜的合成變種和衍生物也大大擴展了香料製造廠中使用的香料和食品添加劑中使用的調料。萜是包括多個異戊二烯(2-甲基-丁-1，3-二烯)單元的不同類型的生物合成 烴，異戊二烯(2-甲基-丁-1，3-二烯)是5個碳的烴。異戊二烯單元可以連接在一起形 成非環狀(包括支鏈或直鏈排列的碳原子)或環狀骨架。在這些當中，半萜由一個異戊二 烯單元(例如異戊二烯)組成，單萜由兩個異戊二烯殘基組成並包括例如薴烯和月桂烯；倍 半萜由三個異戊二烯殘基組成並包括非環狀的倍半萜(例如，法呢烯)和環狀倍半萜(例 如，花側柏烯、薑黃烯、姜烯和紅沒藥烯)；和二萜由四個異戊二烯殘基組成並包括例如西 柏烯、紫杉二烯(taxadiene)；三萜由六個異戊二烯殘基組成並包括例如角鯊烯，和四萜由 八個異戊二烯殘基組成並包括例如胡蘿蔔素、非環狀的番茄紅素、單環的胡蘿蔔素和 雙環的a-和胡蘿蔔素。類異戊二烯的大小指類異戊二烯骨架的碳原子總數，類異戊 二烯的大小一般為五的多倍。表1顯示為適合於精煉的底物或原料的示例性萜。表 1 在一些實施方式中，烴具有多烯結構。如本文使用的，「多烯」指具有主要的碳基骨 架的烴，其中碳原子是通過單鍵和雙鍵線性連接的。主要的碳基骨架指烴結構的最長的直 鏈和包括至少兩個雙鍵。形成骨架的一個或多個碳原子可以用烷基進一步地取代，特別是 用甲基取代。多烯可以顯示E和Z(分別是順式和反式)幾何異構體。在一些實施方式中， 在碳基骨架的一端或兩端，多烯包括末端環狀結構(例如，環己烯基或取代的環己烯基)。在一種實施方式中，多烯結構包括至少一個「季烯碳(quaternaryolefinic carbon) 」，季烯碳指經過C = C鍵和C-C鍵分別連接到多烯骨架的兩個鄰近的碳原子的多
烯骨架的碳原子。季烯碳還連接到烷基取代基(例如，甲基)。代表性季烯碳在以下顯示 季烯碳一般在異戊二烯衍生物例如萜中存在。如所討論，異戊二烯殘基是生物系 統中的共同結構模體。異戊二烯的多種生物衍生物例如類胡羅卜素是多個異戊二烯殘基的 鏈延伸產物。因此，在一些實施方式中，多烯鏈包括兩個或多個異戊二烯殘基的重複單元以提 供類異戊二烯。具有三個異戊二烯殘基重複單元的多烯骨架片段的示例結構在以下顯示， 其中季烯碳用圓圈標出。 異戊二烯殘基取決於異戊二烯單元如何連接，多烯鏈可以包括異戊二烯殘基的可選的重排。如 以下顯示，多烯片段包括交替的C-C鍵和C = C鍵，以提供共軛結構。共軛骨架片段的示例 性結構在以下顯示出，其中季烯碳用圓圈標出異戊二烯殘基在一方面，裂化倍半萜的催化裂化方法，該方法包括在催化裂化條件下將含有倍 半萜的原料與催化組合物接觸。倍半萜可以是有機分子混合物的一部分或者可以是包括大 於75%的倍半萜的混合物。倍半萜是包括三個異戊二烯單元的任何有機分子。倍半萜是一 類由三個異戊二烯單元組成的萜並且其為C15分子。類似於單萜，倍半萜可以是非環狀的 或者包含環的，其包括多種獨特的組合。生物化學改性例如氧化或重排產生稱為倍半萜化 合物的倍半萜。出於本公開內容的目的，術語倍半萜包括倍半萜化合物或其它包括三個異 戊二烯單元及另外原子例如氧原子的有機分子。倍半萜包括，例如但不限於，花側柏烯、法 呢烯和姜烯。倍半萜可以使用本文描述的方法通過在反應器中加熱倍半萜或包括倍半萜的混 合物而進行裂化。例如但不限於，反應器可以是脈衝反應器、活塞流反應器或連續流動反應 器。催化劑例如沸石催化劑可以用氣體預處理，直到獲得期望的氣氛和催化劑。例如，氦氣 (惰性氣氛)、氫氣(還原氣氛)或氧氣(氧化氣氛)可以用於預處理反應器中的催化劑。 在催化劑任選的預處理後，反應器可以維持在期望的反應溫度，例如，裂化條件的溫度。在 使用脈衝反應器的示例性實施方式中，小量的倍半萜被脈衝通過催化劑穿過反應器。取決 於反應使用的溫度和催化劑，可以從該裂化反應產生不同產物。任選地，在反應進行後，可 以通過例如氣相色譜和/或質譜(GC/MS)鑑定反應產物。其它原子鑑定技術也可以使用， 其對於本領域技術人員將是顯而易見的。催化組合物可以包括酸性催化劑例如分子篩。分子篩是包含精確和均勻大小孔隙 的材料，其可以用作為氣體和液體的吸附劑或者截留(俘獲)有機分子。小到足以穿過孔 隙的分子被吸附，而較大的分子不被吸附。它不同於普通的濾器，因為它在分子水平上起作 用。例如，水分子可以是小到足以穿過，而較大的分子不會。在一種實施方式中，分子篩是 沸石。沸石是矽鋁酸鹽、鋁磷酸鹽、矽鋁磷酸鹽或具有微孔或中孔結構的其他氧化物。裂化催化劑例如沸石一般提供許多布朗斯臺酸位點。在這種酸性條件下，生物質 多烯(biomass polyene)的季烯碳可以轉化為叔碳正離子(方案IV中顯示)。如本文使用 的，「叔碳正離子」(或簡單地為「碳正離子」)指連接到三個其它碳的三價碳正離子。
叔碳正離子據認為，叔碳正離子是誘導碳-碳鍵裂開的活潑中間體。如在方案V中所顯，當在 碳正離子的0位置碳碳鍵斷裂時，鍵電子中和碳正離子。方案V 而且，活潑碳正離子也可能導致異構化和低聚反應。因此，由季烯碳生成的碳正離 子中間體在轉化多烯基原料成為不同的產物中起到重要作用。如本文更詳細地討論，沸石廣泛地用於裂化方法，並且因為形狀選擇性，它們對 於燃料的生產是特別有用的。N. Y. Chen 等，ShapeSelective Catalysis in Industrial Applications,Marcel Dekker,New York，1996。形狀選擇性指產生於它們精確限定的孔隙 結構的沸石性質，其生成相當窄限定的分子量和結構的產物。一般地，催化裂開(catalystic scission)產生輕質烯烴或輕質烷烴，它們是多烯 結構的較短片段。取決於實際結構和裂開點，輕質烯烴可以是短的非環狀多烯鏈或可以包 括環狀結構(例如，環己烯)。在不同的實施方式中，輕質烯烴包括3至15之間的碳，更典 型地，在3-12之間的碳。適合於煉油廠方法中的催化裂化的任何催化劑可以與原料聯合使用。雖然商業裂 化催化劑包括酸處理的天然矽鋁酸鹽、無定形的合成二氧化矽_氧化鋁組合和晶狀的合成 二氧化矽_氧化鋁(沸石)，但是最廣泛使用的商業催化裂化催化劑是沸石。沸石是矽鋁酸鹽、鋁磷酸鹽、矽鋁磷酸鹽、或其他已知為分子篩的微孔固體家族的 氧化物成員。術語分子篩指這些材料的特定的性質，例如主要基於大小排出方法選擇性地 分類分子的能力。這是由於分子尺寸的非常規則的孔隙結構。由隧道(通道，tunnel)的 直徑控制可以進入沸石孔隙的分子或離子種類的最大尺寸。已經合成超過1500種沸石類 型，而且已知48種天然出現的沸石。一般使用的沸石是來自八面沸石家族(faujasitic family)，例如X-、Y_沸石、高矽沸石(pentasils)例如ZSM-5、或其他沸石例如沸石3和 沸石L。這些沸石催化劑和它們的製造是在本領域普通技術人員的知識範圍內。
P裂開
沸石(通過離子交換製備)的加氫形式(hydrogen form)是強的固態酸，並且可 以促進許多酸催化的反應，例如異構化、烷基化和裂化。更具體地，沸石限制烴在小的空間 中，所述小的空間使烴類改變它們的結構或活性，例如被從季烯碳轉化為碳正離子中間體。沸石催化劑的孔徑大小在動力學地和化學地控制催化反應中可能是重要的。因 此，選擇合適的沸石催化劑，需要考慮將被裂化的烴的大小。此外，孔徑大小可以影響給定 烴原料的裂化方法的選擇。其它可能的酸裂化催化劑類型包括無機酸和有機酸。在催化裂化期間，來自烴的中間體陽離子可能比在其它裂化方法中活性更小和 更穩定。這可以使陽離子在催化劑的活性位點積聚，這可以產生含碳產物——一般稱為焦 炭——的沉積物。這些沉積物可能需要被除去(例如通過受控燃燒)，以恢復催化劑活性。除了催化裂化外，其它工業裂化方法例如熱裂化、氫化裂解和蒸汽裂化條件也可 以引起多烯結構中碳-碳裂開。這些裂化方法不必須包括碳正離子中間體；相反地，碳-碳 鍵裂開可以沿著多烯骨架不加區別地發生，以產生輕質烯烴。本文描述的方法可以包括將萜例如倍半萜與沸石催化組合物接觸。在一個實施方 式中，沸石是孔徑大小小於6埃的10-環沸石。示例性10-環沸石是ZSM-5。在一個實施方 式中，沸石是SN27。在另一個實施方式中，方法包括將萜與大孔分子篩接觸。例如，孔徑大小大於6埃 的分子大小。在一個實例中，大孔分子篩具有10-15埃的籠直徑。大孔分子篩可以是12-環 沸石或大於12-環沸石的沸石。在一個實施方式中，12-環沸石是0、L或Y-型沸石。對 於本文描述的方法有用的沸石的實例包括但不限於LZY-72、Valfor CP811BL-25、ELZ-L和 T-4546。催化組合物在使用之前經過銨交換可以轉化為它的完全質子化形式。在一個實施 方式中，包含鎳的材料可以通過質子化的沸石與Ni (II)乙酸鹽水溶液進行交換而製備，使 得由鎳陽離子取代20%和80%理論的質子發生。在另一個實施方式中，催化組合物可以被 離子交換以生成銨形式的沸石，當加熱時，其可以通過銨的消除轉化為質子形式。質子形式 的沸石可以作為催化反應的強的固體酸。裂化萜例如倍半萜的催化裂化方法也可以包括將萜與催化組合物和第二催化組 合物接觸。第二催化組合物可以與第一催化組合物相同或不同。例如，如果12-環沸石被 用作第一催化組合物，那麼10-環或12-環沸石可以被用作第二催化組合物。這在多種方 式中可能是有用的，例如，當裂化烴混合物時，其中烴可以是不同大小。在另一個實例中，可 以使用與第一催化劑相同類型或大小的第二催化組合物，以裂化使用第一催化組合物沒有 裂化的任何剩餘的較大的烴或者原料。在一方面，公開裂化花側柏烯的催化裂化方法。花側柏烯是倍半萜。在一個實施 方式中，通過在催化裂化條件下將含有花側柏烯的原料與催化組合物接觸，完成裂化。花側 柏烯可以在反應器例如脈衝反應器或連續流動反應器中裂化。反應器可以提供包括加熱 反應器和花側柏烯至催化裂化溫度的催化裂化條件，所述催化裂化溫度例如100-100(TC、 180-510°C、200-400 V或350-400 V。例如，花側柏烯可以流過包括催化組合物的反應器， 該反應器被加熱至催化裂化條件溫度。接觸催化組合物的花側柏烯裂化成為比原C15花側 柏烯分子小的烴。催化劑實例包括本文描述的那些，例如SN27(ZSM-5型)、ELZ-L(沸石-L 型)和LZY-72 (沸石-Y型)。花側柏烯具有大約275°C的沸點，並且在與氣相色譜柱反應後可能需要調整技術以測量它的存在。在一個實施方式中，可以對柱進行調整，使得花側柏烯分析不會促成不正 確的質譜分析。在一個實施方式中，隨著載氣(例如氦氣)，花側柏烯流過包括催化組合物的反應 器。包括花側柏烯的原料可以處於液相或氣相。在一個實施方式中，通過將花側柏烯與大孔分子篩例如0丄或￥_型沸石接觸，以 本文提供的方法裂化花側柏烯。因為花側柏烯是較大的烴(C15)，所以大孔分子篩可以提供 裂化花側柏烯成為較小烴的較高的轉化。在一些實施方式中，裂化花側柏烯的方法產生包括重量百分比大於50%的甲苯、 小於2%的苯、小於20%的二甲苯以及大於30%的環己烷類和環戊烷類的組合的混合物。 在另一個實施方式中，裂化花側柏烯的方法產生包括大於50、60或70%甲苯的混合物。甲 苯是具有高辛烷值的烴，因而可以是燃料組合物的有價值的組分。在一個實施方式中，花側 柏烯的裂化產物混合或加入至基礎燃料以產生燃料產品。在一方面，公開裂化法呢烯的催化裂化方法。法呢烯是具有三個異戊二烯單元的 倍半萜家族的。在一個實施方式中，法呢烯使用本文描述的催化組合物進行裂化。例如，可 以使用12-環沸石催化劑例如LZY-72裂化法呢烯。在一個實施方式中，裂化包括法呢烯的 原料。原料可以包括按重量計超過50、60、70、80或90%的法呢烯。原料也可以包括其它分 子和烴，例如紅沒藥烯和薑黃烯。在一個實施方式中，法呢烯在包括大約200至大約500°C 溫度的裂化條件下裂化。例如，法呢烯可以在大約350°C裂化。裂化法呢烯的方法可以包括產生包括重量百分比大於15%的甲苯和大於10%的 鏈烷烴的混合物。在一個實施方式中，混合物包括重量百分比大約15%至大約20%的甲苯 和大約10%至大約15%的鏈烷烴。在另一個實施方式中，混合物包括重量百分比大於50% 的芳香烴。在一個實施方式中，來自裂化法呢烯的按重量計多於50、60、70、75或80%的混 合物可以包括辛烷值大於90的烴。混合物可以用作燃料產品、可以與燃料產品混合或精煉 以產生燃料產品。高辛烷值混合物或燃料產品可以用作燃料產品，或者例如作為燃料產品 混合入化石燃料基的燃料。在另一方面，本文描述裂化包括至少三種倍半萜的混合物的催化裂化方法，該方 法包括在催化裂化條件下將包含含有至少三種倍半萜的混合物的原料與催化組合物接觸。 倍半萜的混合物可以裂化成為適當組的產生燃料產品或添加劑一例如噴氣式發動機燃 料、汽油或柴油一的烴。同時，通過裂化倍半帖的混合物，多種的裂化產物可能允許有完 全燃料的產生。在另一個實施方式中，裂化包含所有或幾乎所有的一種類型的倍半帖的混 合物的方法也可以用於產生完全燃料。作為一個實例，包括至少三種倍半帖的混合物可以是姜油。姜油可以包括如此分 子，其包含但不限於以下姜烯、倍半水芹烯、紅沒藥烯、法呢烯、水芹烯、桉樹腦、姜 黃烯和檸檬醛。通過包括加入二氧化碳以從姜油中去除姜醇的方法可以裂化姜油。完全質子化的 催化劑例如12-環沸石如LZY-72可以用於在催化裂化條件下接觸姜油，以開始該倍半萜的 裂化過程和碳-碳鍵的裂開。在裂化姜油方法的一個實施方式中，方法產生包括重量百分比大於15%的環烷、 大於20%的鏈烷烴、大於15%的二甲苯和大於5%的甲苯的混合物。該混合物的多種鏈烷烴的可以是可具有高辛烷值的直鏈的鏈烷烴。姜油的多種高辛烷值的組分可以用作為燃料 產品例如汽油或汽油添加劑。在一方面中，本文公開包括姜油酮和重量百分比大於15%的環烷、大於20%的鏈 烷烴、大於5%的二甲苯以及大於5%的甲苯的組合物。姜油酮是加熱姜油的產物，並可以 在組合物中以痕量存在。在另一方面中，公開裂化三萜的催化裂化方法，該方法包括在催化裂化條件下將 包含三萜的原料與催化組合物接觸。三萜是包括六個異戊二烯單元的C30萜。方法中使用 的三萜的非限制性實例是角鯊烯。角鯊烯是起初主要從鯊魚肝油得到的、用於商業目的的 天然有機化合物，雖然也有植物源——包括莧菜紅種子、米糠、麥胚和橄欖。很多高級生物 產生角鯊烯，包括人。角鯊烯是烴和三萜。角鯊烯也可以從基因修飾的生物中產生，其中非 天然產生角鯊烯的生物被修飾以產生角鯊烯，或者天然產生角鯊烯的生物被修飾以上調角 鯊烯。例如，可以轉化藻類細胞以生成通過MVA或MEP途徑產生角鯊烯的酶，並且由藻類細 胞產生的角鯊烯可以使用本文描述的方法進行裂化。在一個實施方式中，裂化角鯊烯的方法可以包括在催化裂化條件下將角鯊烯與催 化組合物——例如質子化的12-環沸石——接觸。在裂化角鯊烯的另一個實例中，精煉方法包括在流動反應器中裂化含有角鯊烯的 原料；蒸餾裂化產物；和得到辛烷值在大約85至125之間的燃料產品。在一個實施方式中， 燃料產品的辛烷值大於90。角鯊烯可以在本領域普通技術人員知道的任何適當的反應器中 裂化。在一個實例中，角鯊烯在包括使批量的液體以恆定、可程控速度進料至那個反應器的 泵的管狀反應器中裂化。泵也可以使載氣或其它需要被進料至反應器的氣體流動，所述氣 體例如氦氣和氮氣。在實例中，管狀反應器可以使用催化組合物裝填，並且將被裂化的原料 進料在催化組合物上。反應器中的催化裂化條件可以被設定到由使用者確定的合適溫度， 例如300-500°C。裂化的反應產物可以在反應器的出口收集，例如，通過冷凝裝置。裂化產 物隨後可以如本文描述進行鑑定。另外，可以進行分餾例如蒸餾以進一步地精煉裂化產物。在又另一方面，本文公開裂化二萜的催化裂化方法，方法包括在催化裂化條件下 將包含二萜的原料與催化組合物接觸。二萜是包括四個異戊二烯單元的C20萜。作為非限 制實例，植醇可以在將被裂化的原料中存在。植醇是在葉綠素的分解期間產生的天然的萜 醇。植醇可以從植物生物中提取，進行如本文描述的裂化方法。在一個實施方式中，生物被 基因修飾以上調植醇產生。例如，可以基因修飾藻類細胞以上調植醇、細胞中葉綠素的量和 /或細胞中葉綠素的分解。植醇可以使用沸石催化劑——例如Y、L或0 -型沸石——進行催化裂化。在一個 實施方式中，在大約350°C溫度的條件下裂化植醇沒有產生可測量的量的或產生小於按重 量計的苯裂化產物。當生成燃料產品例如汽油時，由於上調，可能有利於避免苯的產生。 可以如本文先前描述實現植醇裂化產物的分析，例如通過GC/MS。在一個實施方式中，裂化植醇的方法包括產生含有重量百分比大於55%的C5-C9 鏈烷烴的混合物，其中多於按重量計70 %的鏈烷烴是單甲基鏈烷烴。在另一個實施方式中， 方法包括產生含有辛烷值大於90的、重量百分比大於75%的組分的混合物。在一個實施方式中，裂化植醇的方法還包括從油中提取植醇。例如，使用有機溶劑 從藻油(algal oil)中提取植醇。
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裂化植醇的方法也可以包括通過在氫化裂解條件下將植醇與催化組合物和氫源 接觸，氫化裂解植醇。例如，催化組合物可以包括鎳離子交換沸石催化劑例如Ni/LZY-72。 氫化裂解條件包括100-1000°C的溫度。在進一步實施方式中，溫度是200-500°C。在實例 中，植醇以25ul脈衝與氫氣一起穿過脈衝反應器。在一方面中，公開包括以下的組合物萜和催化裂化組合物。可以利用組合物進行 本文描述的過程或方法。例如，組合物可以是裂化萜成為組合物或燃料產品的反應物。可 以使組合物處於催化裂化條件，例如在反應器中，以便組合物反應並將萜斷裂成為輕質烴。在一個實施方式中，萜選自以下單萜、倍半萜、二萜、三萜、四萜、花側柏烯、法呢 烯、角鯊烯、姜油烯和胡蘿蔔素。萜可以是適合於催化裂化成為較小烴的任何萜，包括本文 描述的那些。在一方面，公開包括以下的組合物從藻類中提取的油和催化裂化組合物。在其它 方面，公開包括以下的組合物姜油和催化裂化組合物、植醇和催化裂化組合物、或角鯊烯 和催化裂化組合物。示例性催化裂化組合物包括本文描述的那些，但不限於此。例如，催化 裂化組合物可以是分子篩。在另一個實例中，分子篩是具有孔徑大小大於6埃的大孔分子 篩。大孔分子篩可以具有10-15埃的籠直徑和/或是12-環沸石。示例性大孔分子篩包括 但不限於3、L或Y-型沸石，例如LZY-72、Valfor CP811BL-25、ELZ-L或T-4546。在其它 情況下，分子篩是10-環的沸石，例如ZSM-5沸石。生物質原料在某些實施方式中，描述適合於精煉(例如裂化)的生物質原料和轉化其成為輕 質烴或重排烴的方法。生物質原料可以包括從基因修飾生物源例如藻類和細菌提取的烴。 一般地，油的裂化產生輕質烴或重排烴，產生的烴適合於作為燃料(例如，汽油、柴油燃料 或噴氣式發動機燃料)、燃料添加劑和進一步加工成為塑料、樹脂、纖維、高彈體、潤滑劑、凝 膠等的石油化學製品。更具體地，某些生物質烴被選作為原料，其可以進行一種或多種精煉過程，其包括 裂化和改變。在某些實施方式中，生物質烴通過碳_碳鍵的裂開被分解或裂化成為較小分 子的烴。在其它實施方式中，生物質烴被改變(例如，通過烷基化或異構化)以形成具有某 些結構的烴，例如支鏈烴、具有高辛烷值(例如，高於90)的烴等等。有利地，這些生物質原 料可以與現有的石油精煉方法相容，並且產生的輕質烴或重排烴可以使用現有的精鍊石油 的基礎設施被進一步地加工或分送。在一些情況下，生物質原料與化石燃料或石油基的原料在精煉之前被摻和或混 合。例如，從藻類中提取的原料可以與原油混合，並且隨後與催化組合物接觸以催化裂化該 混合物。精煉的其它方法例如分餾可以在生物質原料與石油基原料摻和或混合後進行。在 一些情況下，石油基的原料在與生物質原料混合前已經被精煉。例如，石油基原料可以是汽 油、柴油或噴氣式發動機燃料。在其它情況下，石油基原料是混合燃料的混合物，例如，當與 另一種烴混合物混合時，烴混合物可以產生合適的燃料產品。混合燃料的混合物或者生物 質原料或者兩者在精煉之前適合作為燃料產品。在另一種情況下，混合燃料的混合物或生 物質原料或兩者在精煉之前不適合作為燃料產品。如本文使用的，「生物質烴」或「生物質原料」可以指從在最近50年內是活的生物得 到的一種或多種有機化合物，並且其主要包括碳和氫，並且可以任選地包括雜原子例如氧、氮和硫。不同於化石基的原油——其源於上至600百萬年前的植物生命，本文描述的烴源於 活的或近來為活的生物。這些可再生的生物源包括天然出現的生物及基因修飾的生物。在 某些實施方式中，這些生物包括藻類或細菌。在一些情況下，生物質烴具有以下之間的碳 大約5-80個碳、10-50個碳、10-40個碳、10-60個碳、15-40個碳、15-60個碳、20-40個碳等 等。在其它情況下，烴具有5、10、15、20、25、30、35或40個碳。烴分子的碳經過共價單、雙 或三碳_碳鍵連接，並且一般以直鏈、支鏈、環狀結構或它們組合進行排列。在一些情況下，生物質烴採取萜、類異戊二烯、類脂、烷基酯、生物鹼和類苯基丙烷 (phenyl propanoic!)形式。萜可以指包括雜原子以及純烴的任何萜類化合物或類異戊二 烯。本文描述的生物質烴可以用作為工業精煉廠中的原料。像常規的原料一樣，生物質烴 可以被裂化或改變。在一些實施方式中，生物質烴分解成為輕質烴，輕質烴指具有比烴原料 更少碳的烴(本文所定義的)。輕質烴可以是例如精煉的生物原料的產物。一般地，輕質 烴具有少於20個碳、或少於15個碳、或少於12個碳、或少於10個碳、或少於8個碳。輕質 烴可以是環狀的或非環狀的、飽和的或不飽和的。飽和的非環狀烴也稱為鏈烷烴。飽和的 環狀烴也稱為環烷。不飽和的烴也稱為烯烴。不飽和的烴也可以是芳香族的。示例性輕質 烴包括但不限於C2-C20烯烴、C6-C20芳香烴(例如，苯、甲苯、二甲苯、萘等等)、C6_C20環 烷(例如，取代的或未取代的環戊烷和環己烷)、C1-C20鏈烷烴等。取決於蒸餾範圍，輕質 烴可以包括適合於作為汽油產品、柴油、煤油或噴氣式發動機燃料的餾分。某些化學結構特徵在裂化過程中可以提供特定的優勢。例如，生物質烴可以具有 特定取代的和位置的碳中心，該碳中心在裂化條件下(例如，催化、蒸汽、熱或氫化裂解)可 以轉化為活潑中間體。這些活潑中間體有助於進一步的碳-碳鍵裂開和產生輕質烴。由於 像電穩定和空間加速度那樣的效應——這兩種效應都與取代的碳中心相關聯，支鏈烴特別 易於碳-碳裂開。參見，例如，Ruchardt C.等，Angew. Chem. Ed. Engl. 18，429-440 (1980).在其它實施方式中，生物質原料包括低階(低位，lower-order)的類異戊二烯，其 是具有少於6個異戊二烯殘基的萜。這些低階的類異戊二烯對產生適合作為高辛烷值燃料 或燃料添加劑的高度支化的烴結構是特別有用的。特別地，低階的類異戊二烯包括單萜(具有二個異戊二烯殘基的C10萜)、倍半萜 (具有三個異戊二烯殘基的C15萜)、二萜(具有四個異戊二烯殘基的C20萜)和三萜(具 有六個異戊二烯殘基的C30萜)。異戊二烯殘基以線性或環狀結構排列。低階萜或類異 戊二烯的具體實例包但不限於薴烯、花側柏烯、月桂烯、法呢烯、香葉醇、萜品醇、法呢醇、植 醇、角鯊烯等。這些低階的類異戊二烯包括支鏈的碳中心(包括環狀和非環狀的碳)。因此，它們 是通過裂化、異構化和/或精煉操作中一般應用的其它已知方法產生汽油範圍內餾分的烴 的適當前體，該餾分具有高辛烷值和其它期望性質。如本文使用的，「辛烷值」指與異辛烷(2，2，4-三甲基戊烷)、高度支化的C8烴和 正庚燒——直鏈C7烴類——的混合物相比，點燃式內燃機燃料(a spark ignition engine fuel)的抗爆震性(knock resistance)(抗暴率(anti-knock rating))。更具體地，在內 燃機中，汽油和空氣的混合物在點火之前被壓縮。壓縮的混合物具有過早地點火而不是平 穩燃燒的傾向。過早點火(或自動點火)產生爆震，該爆震以在一個或多個氣缸中咔嗒咔 嗒或砰的聲音為特徵。爆震引起峰值功率的損失。一般地，高度支化的烴具有比直鏈烴更好的抗爆震性。辛烷值因此是汽油的抗爆震性的定量量度。辛烷值通過比較汽油與異辛烷(辛烷 值100，最小爆震)和庚烷(辛烷值0，相當大的爆震)的特徵來測定。這兩個組分的線性 組合一般被用於測量具體汽油的辛烷值。因此，辛烷值91的汽油具有與91%異辛烷和9% 庚烷的混合物相同的爆震。如本文使用的，高辛烷值指80或更高的辛烷值，更典型地，指90 或更高的辛烷值。基礎汽油混合原料或直餾汽油一般具有60和70之間的辛烷值。支鏈的烴——包 括取代的環烷(例如，甲基環戊烷、甲基環己烷)——和芳香族化合物具有高於90(90+)辛 烷值。具有90+辛烷值的烴可以用作為燃料的添加劑以增加燃料的辛烷值。這些添加劑也 稱為「辛烷值提升劑(octane boosters)」。一般的辛烷值提升劑包括例如高辛烷值的芳香 烴例如甲苯(辛烷值124)；醇例如乙醇(辛烷值115)和甲醇(辛烷值113)；和有機金屬化 合物例如四乙鉛等。在適當的裂化條件下，低階的類異戊二烯可以分解為更短(例如，小於C12)且支 化的烴。適合作為高辛烷燃料的餾分包括例如支鏈的C8烴、環狀的C5-C7烴和芳香烴(例 如甲苯和二甲苯)。通過蒸餾可以分離這些期望的餾分。除了類異戊二烯之外，其它類的生物質烴包括類脂和含氮的烴。類脂一般指脂肪 酸、它們的衍生物和留醇。游離脂肪酸一般包括以羧酸為終端的長的烴鏈。烴鏈可以是飽 和的或者不飽和的，並且長度一般在12至24個碳(例如，C12-C24)的範圍。脂肪酸衍生 物包括脂肪酸的酯。例如，甘油酯(例如，植物油)是具有甘油(丙-1，2，3-三醇)核心結 構和一個或多個脂肪酸基團的類脂。另外的脂肪酸衍生物包括烷基酯，其是植物油的酯交 換產物。一般地，甲醇可以用於產生脂肪酸的甲酯。生物鹼類和類苯基丙烷是植物源的含 氮烴。它們一般是胺基酸衍生物和基於細胞代謝途徑建構的。如討論的，生物質烴源於可再生的生物源，生物源包括天然出現的生物和基因修 飾的生物。烴在許多天然出現的生物(真核的或原核的)中存在，天然出現的生物包括植 物物質、真菌、藻類、細菌等。本文描述的生物質烴可以從活的生物和近來為活的生物(生 物質)中得到。具體地，本文描述的多烯作為植物和一些其他光合生物像藻類、一些類型的真菌 和一些細菌中天然出現的有機顏料存在。類胡羅卜素例如a-胡蘿蔔素胡蘿蔔素(旦，
胡蘿蔔素)和番茄紅素(Y，胡蘿蔔素)為已知的類異戊二烯。藻類代表特別適合於生物烴產生的生物質的源，這是因為藻類依賴於光合作 用進行能源產生並且可以積累高含量的胡蘿蔔素(例如，海藻杜氏鹽藻(Dimaliella salina))。不像作物，藻類培養不佔用耕地和不要求灌溉系統。而且，藻類是可以被基因操 作以增加胡蘿蔔素的生物合成產量的不同微生物。類胡羅卜素(例如，胡蘿蔔素)可以從收穫池(harvesting ponds)中生長的藻類 產生。取決於藻類的類型，池可以包含淡水或鹽水。藻類被收穫和乾燥。類胡羅卜素可以 使用有機溶劑從乾燥的藻類中提取。一般地，使用低沸點的溶劑。當胡蘿蔔素提取物被濃 縮時，溶劑可以被循環(例如，經過蒸餾和冷凝)。示例性溶劑包括但不限於己烷、二硫化 碳、石油醚、丙酮和它們的混合物。在一方面，提供裂化來自藻類的油的催化裂化方法，該方法包括從藻類提取油以形成含有萜的原料；在催化裂化條件下將含有倍半帖的原料與催化組合物接觸。在一個實 施方式中，來自藻類的油包括萜，例如，天然出現的萜例如類胡羅卜素。在另一個實施方式 中，來自藻的油包括倍半萜，例如花側柏烯或法呢烯。藻油可以以各種方式提供給方法。例如，藻類可以被收穫和乾燥，並且隨後從裂解 或破壞的細胞提取油。細胞可以被化學裂解或者機械力可以用於破壞細胞壁。使用有機溶 劑例如己烷可以從藻類中提取油。從藻類中提取油的其它方法也可以與本發明的方法一起 使用，其對於本領域普通技術人員將是顯而易見的。在一個實施方式中，來自藻類的油包括比鏈長度C10長和大於藻中天然出現的烴 和萜。藻類的不同種類可以生成具有不同烴混合物的油。在一些實施方式中，來自藻類的油 是來自多於一類藻的油的混合物。在一些實施方式中，來自藻類的油包括增加量的萜。在 一些實施方式中，來自藻類的油包括不是藻類天然產生的萜。在一些情況下，本文方法也包括來自藻類的油與燃料組分混合，然後接觸原料。例 如，藻油和原油的混合物在如本文描述的方法中提供，並且與催化組合物接觸。在另一個實 例中，藻油和精煉的燃料例如汽油的混合物可以與催化組合物接觸。例如，但不限於，燃料 組分選自以下化石燃料、石油、混合燃料的混合物、汽油、柴油、噴氣式發動機燃料和它們 的任何組合。在一個實施方式中，方法包括基因修飾藻類，然後提取油。例如，藻類的葉綠體或 細胞核可以被轉化，以生成有助於萜產生的酶。萜可以是藻類中天然出現的或者對藻類是 異源的。在一個實施方式中，藻類被基因修飾以上調藻類中天然出現的萜的產生。以這種 方式，來自藻類的油包括在方法如本文描述的方法中、在催化裂化條件下能夠被裂化的更 大量的萜。在另一個實施方式中，藻被基因修飾以上調藻類中非天然出現的萜的產生。例 如，編碼通過MVA或MEP途徑生成萜的酶的基因可以被插入到藻類的葉綠體或細胞核。酶 被配置成生成在生物內非天然出現的萜。通過這種方式，生物可以被設計成包括在燃料產 品生產中可能有用的可測量的量的大烴。例如，藻類可以被基因修飾以與沒有基因修飾的 藻類相比，產生增加量的倍半帖。編碼生成倍半帖的酶的基因轉化可以被插入藻類中。在 一個實施方式中，倍半萜是花側柏烯。在另一個實施方式中，倍半萜是法呢烯。在更另一個 實施方式中，倍半萜是姜烯。藻類也可以被基因修飾以生成任何大小的萜，例如單萜、二萜、 三萜等。可以由基因修飾的藻類生成的萜的實例包括但不限於植醇和角鯊烯。在一方面，本文提供裂化來自藻類的油的催化裂化方法，該方法包括從藻類提取 油以形成含有花側柏烯的萜；和在催化裂化條件下將包含花側柏烯的原料與催化組合物接 觸。在一個實施方式中，方法還包括基因修飾藻類，然後提取油。例如，基因修飾的藻類與 沒有基因修飾的藻類相比，可以產生增加量的花側柏烯。使用本文描述的任一催化組合物，可以進行裂化來自藻類的油。在一個實施方式 中，使用沸石3催化劑，裂化藻油。裂化反應器可以通過泵或者注射器泵進料，以便使油流 動通過催化組合物。在一個實施方式中，伴隨載氣例如氦氣，將油注射入反應器。反應的裂 化產物可以通過本領域中已知的任何合適的方法鑑定，方法包括但不限於氣相色譜或液相 色譜和質譜。在一個實施方式中，來自藻類的原油可以在進行裂化過程之前被精煉。例如，粗藻 油可以進行RBD(精煉漂白脫臭)過程。在另一個實例中，粗藻油可以被分餾成期望的組分，
20例如通過蒸餾。分餾可以由使用者預先確定或者可以被設定以將粗藻油分餾成期望大小、 組成或形狀的烴組分。在一方面，描述包括甘油三酯和按重量計小於25%的鏈烷烴的組合物，其中所述 鏈烷烴包括C11-C13鏈烷烴。藻酶或其片段在組合物中可以以痕量或顯著的量存在。組合 物可以類似於燃料產品例如噴氣式發動機燃料、汽油或柴油。在一個實施方式中，組合物源 於進行包括裂化來自藻類的油的過程。在一個實施方式中，組合物包括比化石燃料基的汽 油少的鏈烷烴。組合物也可以包括比化石燃料基的汽油中存在的尺寸更大的鏈烷烴，例如 C11至C13的鏈烷烴。在一個實施方式中，組合物源於進行包括裂化來自藻類的油的過程，其中組合物 包括輕質烷。在一個實施方式中，輕質烷包括汽油部分(餾分)。本文描述的組合物可以由裂化過程生成，其中包括萜的生物質物質已經被裂化。 例如，以上描述的流動反應器可以用於進行生成組合物的過程。甘油三酯在光合生物中存 在並且包括脂肪酸。生物質原料適合於在工業規模以及實驗室規模上進行精煉。常規地，精煉過程轉 化含有寬範圍的烴的原油成為有用物質的餾分，它們一般為以具有特定長度或結構為特徵 的烴。所述餾分可以通過直接蒸餾，或更有效地，通過裂化較長烴成為較短烴得到。除了物 理轉化原油外，某些精煉方法也可以化學轉化裂化的烴為更期望的結構。例如，烷基化方法 可以提供適合作為高辛烷值的燃料或燃料添加劑的高度支化的烴。參見，例如，Petroleum Refining Technology and Economics, Gary J.等，Taylor & Francis Group (5th edition)。生物質原料可以以類似於原油的方式精煉。因此，某些實施方式描述轉化生物質 原料為一種或多種輕質烴的方法。有利地，根據輕質烴餾分的期望規格，可以選擇具有特 定結構特徵的生物烴，並且從天然源或從經過合理的設計和生物合成路徑的操作進行的基 因修飾的生物得到它們。例如，高辛烷值汽油產品一般包括大約3至12個碳並且是比直鏈 鏈烷烴更「緊湊」的分子，其是通過結構性質例如碳骨架支化(例如，支鏈的烴)、環烷特性 (naphenic character)(例如，環狀的非芳香結構)或芳香特性提供。基於這些說明，可以 選擇具有適當碳骨架性質的生物烴(例如，類胡羅卜素)，以通過例如催化裂化產生期望餾 分。一般而言，精煉方法包括裂化(例如，催化裂化、熱裂化、蒸汽裂化和氫化裂解)以 及異構化、改變或化學轉化。一個實施方式提供適合於催化裂化方法的組合物，其包括生物質原料和裂化催化 劑。在具體的實施方式中，生物質原料包括至少一種具有多烯鏈結構的烴，該多烯鏈結構包 括一個或多個季烯碳。在一些情況中，生物質原料不包括藻源。在其它情況中，生物質原料 包括來自藻類的甘油三酯。流化床催化裂化(FCC)是轉化重烴成為更有價值的汽油和較輕產品的最廣泛使 用的精煉方法之一。圖1圖解顯示適合於裂化生物質原料的標準FCC方法。生物質被加熱 並被噴入「立管(riser)」(垂直或向上傾斜的管子)的基部，其中預加熱的原料在大約1230 至1400° F(665至760°C )下與流化的沸石催化劑接觸。熱的催化劑使原料蒸發，並催化 分解高分子量烴成為包括LPG(液化石油氣，例如C3-C4烯烴)和非環狀或環狀烴(C5-C12) 在內的較輕組分的裂化反應。催化劑-烴混合物向上流動僅幾秒鐘穿過立管，並且隨後該混合物經過旋風分離器分離。沒有催化劑的烴按規定路線到從較重燃料中分離較短烴產品 (例如，(3_(12烴)的分餾器。較短的烴——其中許多適合作為汽油產品——比較重的燃料 更易揮發。較重燃料包括在大氣壓力下、200°C至350°C之間分級蒸餾的柴油和噴氣式發動 機燃料。在立管中上行期間，裂化催化劑被反應「消耗」，該反應沉積焦炭在催化劑上而大 大降低活性和選擇性。焦炭形成的過程對整個過程是重要的，這是因為它增加氣體產物的 H/C(氫與碳)比例到更適合於汽油的範圍。「消耗」的催化劑被與裂化烴蒸汽分開並送至 反萃取器(氣提塔)(沒有顯示出)，在反萃取器中其與蒸汽接觸，以去除保留在催化劑孔隙 中的烴。「消耗」的催化劑隨後流入流化床再生器，在流化床再生器中空氣(或在一些情況 下，空氣加氧氣)被用於燒掉焦炭，以恢復催化劑活性並同時提供下一個反應循環的必需 熱量。「再生的」催化劑隨後流到立管的基部，重複循環。也設想類似類型的裂化方法用於生物來源的原料，雖然在某些實施方式中，使用 比較溫和的條件，主要目的是減少總分子量，而無須去除碳或者增加產物的H/C的比例。可 以使用稱為塞摩福型流動床催化裂化的方法。在一個實施方式中，生物質原料包括至少一種烴化合物。在某些實施方式中，由於 催化劑對生物來源的原料作用形成碳正離子，其被認為誘導碳正離子的0位置中的碳-碳 鍵斷裂(例如，裂開)。在其它實施方式中，醇鹽(alkoxide)類型的中間體可以在季烯 碳處形成，其也將導致裂開。進一步的實施方式提供包括在催化裂化條件下將生物質原料與裂化催化劑接觸 的裂化烴的方法，所述生物質原料包括至少一種具有多烯結構的烴，所述多烯結構包括一 個或多個季烯碳。方案VI顯示由生物源裂化胡蘿蔔素(3，7，12，16-四甲基-1，18-雙(2，6， 6-三甲基-1-環己烯基)-十八-1，3，5，7，9，11，13，15，17-壬烯)。如顯示的，將3 _胡蘿
卜素與沸石催化劑(Z)接觸，由此將季烯碳轉化為碳正離子。碳正離子中間體經歷碳正離 子的位置處的C-C鍵斷裂。產生輕質烯烴(1) 3-甲基-1-雙(2，6，6-三甲基-1-環 己烯基)-1_ 丁烯。進一步裂化產生輕質烯烴(2) :3，8_ 二甲基-1，3，5，7，9-十五碳烯，其 可以經歷進一步的裂化過程。當裂化和可能的重排時，也可能產生其它較輕的萜，例如，單 萜如月桂烯(3)。方案VI進一步裂化 通過混合或重整，產生的輕質烯烴可以直接作為燃料添加劑。它們也可以被進一 步地處理以產生許多的汽油產品。輕質烯烴也可以在石油化學加工過程中直接使用。在另一個實施方式中，生物質原料包括至少一種低階的類異戊二烯，例如單萜和 倍半萜。在其它實施方式中，生物質原料進行氫化裂解以產生輕質烷。氫化裂解方法產生 飽和並較短的烷。一般地，裂化方法在升高的氫氣分壓存在情況下發生。通常通過雙功能 催化劑促進氫化裂解，所述雙功能催化劑能夠重排和斷裂烴鏈以及能夠將氫加成到芳香族 化合物和烯烴以產生環烷和鏈烷。在其它實施方式中，生物質原料進行熱裂化以產生輕質烯烴。熱裂化在升高溫度 (大約800°C)和壓力(大約700kPa)下進行。熱能一般引起碳-碳鍵的均裂並產生較小 的烯烴。因為均裂生成自由基，所以在熱裂化期間，許多化學反應可能發生，包括加成或消除反應。在其它實施方式中，生物質原料進行蒸汽裂化以產生輕質烯烴。蒸汽裂化可以通 過用蒸汽稀釋生物質原料進行並且在加熱爐中短暫地加熱(在大約850°C)。反應中產生 的產物取決於進料的組成、烴與蒸汽比例以及取決於裂化溫度和加熱爐停留時間。一般地， 產生輕質烯烴。本文描述的生物質烴在一種或多種沸石催化劑存在下可以被裂化成為較輕的烴。 如在實施例中顯示的，裂化方法一般產生溫度依賴性產物分布。此外，取決於被裂化的烴的 結構，產物分布可以有利於高辛烷值的輕質烴。另外，催化劑的類型在確定裂化產物的性質 和分布中起到重要的作用。如所描述，低階的萜(例如，花側柏烯、法呢烯、姜油、植醇和角鯊烯)可經歷催化 裂化條件。裂化產物一般包括鏈烷烴(例如，C4-C9)、環烷(例如，C5-C9)、芳香族化合物 (例如，苯、甲苯、二甲苯、萘)。在裂化產物中，具有支鏈碳中心的烴例如支化鏈烷烴、環烷 和芳香族化合物傾向於與高辛烷值(例如，高於91)相關。在某些實施方式中，在200 °C至500 °C範圍的溫度下，以超過60 %的收率產生具有 高辛烷值的裂化產物。取決於期望的產物，可以根據經驗確定最佳溫度範圍，在該溫度範 圍，高辛烷值的產物(例如，除了苯之外的芳香組化合物、環烷)被最大化，而低辛烷值的產 物(例如，直鏈鏈烷烴)被最小化。一般地，溫度可以在200°C至350°C或350°C至450°C的 範圍內。因此以高收率產生裂化產物，並且裂化產物是期望的和/或具有不同結構特徵， 這允許它們被用作燃料、燃料添加劑或者允許它們直接用作為石油化學製品。因此，本文描 述的生物質烴適合於精煉成為有用的物質，並且可以被用於替代或補充精煉方法中的化石 燃料。在一方面，本文公開製造燃料產品的方法，其包括由基因修飾的無維管光合生物 得到原料；和在催化裂化條件下將原料與催化組合物接觸，由此製造燃料產品，其中催化組 合物包括具有孔徑大小大於6埃的大孔分子篩。例如，原料可以是基因修飾的藻類。可以 以各種方式基因修飾藻類，包括上調萜的產生那些方式。在一個實施方式中，基因修飾使生 物生成生物中不天然出現的烴或萜。催化裂化條件可以是如本文描述的條件。例如，可以 在上至420°C的溫度下發生裂化。與基因修飾的無維管光合生物接觸的催化組合物也可以 是如本文描述的任何催化組合物，或者可以是如本領域普通技術人員已知的、在催化裂化 條件下將是顯而易見的或者期待使用的組合物。在一些情況下，大孔分子篩是12環沸石。由本文描述的方法或過程產生的燃料產品可以具有大約85和125之間的辛烷值。 燃料產品也可以具有大於90的辛烷值。在一些情況下，過程或方法還可以包括將燃料組分加入到燃料產品，其中所述燃 料組分是混合的燃料，例如乙醇、噴氣式發動機燃料、柴油、生物柴油或汽油。例如，燃料產 品可以是大約5-95%的包括燃料產品和燃料組分的混合物。在另一個實施方式中，燃料添 加劑例如MTBE、洗滌劑和氧化劑可以被加入到燃料產品。組合物和產品本文提供的是從萜產生產品和從來自生物質的萜產生產品的組合物和方法。產品 的實例包括但不限於燃料產品、芳香製品和殺蟲劑產品。產品可以是釋放分子儲存能量的任何物質。在一種實施方式中，產品是有機分子。在另一種實施方式中，產品是烴。在一些 情況下，產品不包括氫。在一些情況下，產品不包括氧。在一些情況下，產品不包括抗體或 蛋白質。在一些情況下，產品不包括脂肪酸。燃料產品的實例包括石油化學產品和它們的前體以及可能石油化學工業中有用 的所有其它物質。燃料產品包括，例如，石油產品和石油產品的前體，以及它們的石油化學 製品和前體。燃料產品可以用於產生用於石油化學工業的物質或材料，包括石油產品和石 油化學製品。燃料或燃料產品可以用於燃燒器如鍋爐、窯爐、乾燥機或加熱爐。燃燒器的 其它實例是內燃機如汽車引擎或發電機，包括汽油發動機、柴油發動機、噴氣式發動機及其 它。燃料產品也可以被用於生產塑料、樹脂、纖維、高彈體、潤滑劑和凝膠。本文考慮的產品實例包括烴產品和烴衍生物產品，烴衍生物產品可以由氫分子和 碳分子以及有時一個或多個雜原子組成，其中雜原子是不是氫和碳的任何原子。雜原子的 實例包括但不限於氮、氧、硫和磷。一些產品是富含烴的，其中按重量計至少50%、60%、 70%、80%、90%、95、99%的產品由碳和氫組成。在一個實施方式中，產品是按重量計100% 的碳和氫原子。燃料產品如烴，可以是通常源自原油或石油的前體或產品，例如，但不限於，液態 石油氣、石腦油(naptha)(輕石油)、汽油、煤油、柴油、潤滑油、重瓦斯(heavy gas)、焦炭、 浙青、焦油和蠟。例如，燃料產品可以包括小的烷(例如，1至大約4個碳)如甲烷、乙烷、丙 烷或丁烷，其可以用於加熱(如在烹飪中)或製造塑料。燃料產品也可以包括具有大約5 至大約9個碳原子的碳主鏈的分子，如石腦油或輕石油，或它們的前體。其它的燃料產品可 以是用作汽油或發動機燃料的大約5至大約12個碳原子或環烷。大約10至大約18個碳 的分子或芳香族化合物如煤油或其前體，也可以是燃料產品。燃料產品也可以包括具有大 於12個碳的分子或它們的前體，如用於潤滑油。其它的燃料產品包括中重瓦斯或燃料油， 或它們的前體，典型地包括烷、環烷和大約20至大約70個碳原子的芳香族化合物。燃料產 品也包括來自原油的其它殘餘物，如焦炭、浙青、焦油和蠟，其一般包含具有大約70或更多 個碳的多個環，和它們的前體。多種燃料產品可以通過許多加工進一步精煉成用於終端用戶的終產品。精煉可以 通過分餾發生。例如，燃料產品的混合物，如具有不同的多種鏈長度的不同烴的混合物可以 通過分餾被分離成多種成分。燃料產品也可以通過在整合步驟中將它們結合進行精煉，例如，通過使用催化劑， 如鉬或鉬_錸混合物。整合過程典型地產生氫氣，其是可以用於裂化的副產品。燃料產品也可以通過將烴類改變或重排或重建成更小的分子來進行精煉。存在許 多化學反應，其發生在本領域技術人員已知的催化重整過程中。一般而言，催化重整在催化 劑和高的氫分壓的存在下進行。一種普通的方法是烷基化。例如，丙烯和丁烯與催化劑如 氫氟酸或硫酸混合。燃料產品也可以被混合或組合成混合物以獲得終產物。例如，燃料產品可以被混 合以形成不同等級的汽油、含有或不含添加劑的汽油、不同重量和等級的潤滑油、不同等級 的煤油、噴氣式發動機燃料、柴油燃料、加熱油(heating oil)和製造塑料和其它聚合物的 化學品。本文描述的燃料產品的組合物可以與通過其它方法產生的燃料產品進行組合或混合。
產生的產品可以通過宿主細胞和轉化的生物(一種或多種)天然或非天然(作為 轉化的結果)產生。產品也可以是自然界中不存在的新分子。例如，藻類中天然產生的產 物可以是萜，例如類胡羅卜素類(例如，胡蘿蔔素)。不是藻類天然產生的產品的實例 可以包括非天然的萜，例如薴烯。在一些情況下，本文考慮的產物(如燃料產品)包括一個或多個源自無機碳源的 碳。在一個實施方式中，如本文描述的，產物的碳的至少10%、20%、30%、40%、50%、60%、 70 %、80 %、90 %、95 %或99 %源自無機碳源。無機碳源的實例包括但不限於，二氧化碳、碳 酸鹽、碳酸氫鹽和碳酸。產物可以是這樣的有機分子，其具有來自在光合作用期間固定的無 機碳源的碳。本文的產物可以通過其碳同位素分布(Carbon Isotope Distribution(CID))進 行描述。在分子水平，CID是分子內的單個碳原子為天然存在的碳同位素(例如，12C、13C 或14C)之一的統計學可能性。在產物的批量水平，CID可以是含有至少一個碳原子的化合 物中天然存在的碳同位素(例如，12C、13C或14C)的相對多度。雖然注意到每一種化石燃料 的CID可以根據其來源而不同，但是CID(fos)(例如，化石燃料如石油、天然氣和煤中碳的 CID)可與CID(atm)(例如，當前大氣二氧化碳中碳的CID)相區別。另外，CID (photo-atm) 是指近來歷史中光合作用產生的碳基化合物的CID，其中無機碳源是大氣壓中的二氧化碳。 CID(photo-fos)是指近來歷史中光合作用產生的碳基化合物的CID，其中基本上所有無機 碳的來源都是由化石燃料(例如煤、天然氣和/或石油)的燃燒產生的二氧化碳。精確分布也是下述的特徵1)產生分子的光合生物的類型和2)無機碳的來源。這 些同位素分布可以用於限定光合作用來源的燃料產品的組成。碳同位素在不同的化合物之間和之中不均勻分布並且同位素分布可以揭示碳轉 化所涉及的物理、化學和代謝過程的信息。光合生物組織中13c相對於12c的總多度一般小 於大氣二氧化碳的碳的多度，這表示碳同位素區別(carbon isotope discrimination)發 生在二氧化碳摻入光合作用生物質時。一些燃料產品可以由生物質產生，這有時在精煉後，其將與現有的石油化學製品 將是相同的，例如相同的結構。一些燃料產品可能與現有的石油化學製品不同。在一種實 施方式中，燃料產品或組合物與現有的石油化學製品相同，除了碳同位素分布之外。例如， 據認為，沒有化石燃料石油化學製品具有小於_32%。的8 13C分布，而本文描述的燃料產品 可以具有小於-32%。、-35%。、-40%。、-45%。、-50%。、-55%。或-60%。的 8 13C 分布。在另一個 實施方式中，燃料產品或組合物類似於現有的化石燃料石油化學製品，但不相同，並具有小 於-32%。、-35%。、-40%。、-45%。、-50%。、-55%。或-60%。的 5 13C 分布。然而，雖然分子可能在 常規的石油化學製品或精煉中不存在，但是它在這些工業中仍然是有用的。例如，可以產生 在汽油沸點範圍中的烴，而其可用作為汽油或添加劑，即使該烴在汽油中通常不存在。燃料 產品可以是包括以下的組合物氫和碳的分子，其中氫和碳分子是組合物的原子量的至少 80%，並且其中組合物的S13C分布為小於-32%。。對於本文描述的一些燃料產品，氫和碳 分子是組合物的原子量的至少90%。例如，生物柴油或脂肪酸甲酯(其按重量計具有小於 90%氫和碳分子)可能不是該組合物的一部分。在更其它組合物中，氫和碳分子是組合物 的原子量至少95或99%的。在還其它組合物中，氫和碳分子是組合物的原子量的100%。 在一些情況下，組合物是液體。在其它情況下，組合物是燃料添加劑或燃料產品。
本文也描述包括以下的燃料產品包括氫和碳分子的組合物，其中氫和碳分子是 組合物的原子量的至少80%，並且其中組合物的8 13C分布為小於-32%。;和燃料組分。在一 些實施方式中，組合物的^13(分布為小於大約-35%。、-40%。、-45%。、-50%。、-55%。或-60%0。 在一些情況下，燃料組分是混合燃料，其可以是化石燃料、汽油、柴油、乙醇、噴氣式發動機 燃料或它們的任何組合。在還其它情況中，混合的燃料具有大於_32%。的S13C分布。對於 一些本文描述的燃料產品，燃料組分是燃料添加劑，燃料添加劑可以是MTBE、抗氧化劑、抗 靜電劑、緩蝕劑和它們的任何組合。本文描述的燃料產品可以是通過混合描述的燃料產品 和燃料組分生成的產品。在一些情況下，燃料產品具有大於_32%。的S13C分布。在其它情 況中，燃料產品具有小於-32%。的S13C分布。例如，從生物提取的組合物可以在精煉之前 (例如，裂化)與燃料組分混合，以便生成本文描述的燃料產品。描述的燃料產品可以是化 石燃料、或者生成燃料產品的混合的摻和物。例如，混合燃料的混合物可以是烴混合物，其 適合於與另一種烴混合物混合以生成燃料產品。例如，輕質烷的混合物可能不具有適合燃 料類型的某些辛烷值，但是，其可以與高辛烷值混合物混合以生成燃料產品。在實例中，具 有小於-32%。的S13C分布的組合物與用於混合燃料的烴混合物混合以生成燃料產品。在 一些情況中，單獨的組合物或者燃料組分不適合於作為燃料產品，然而，當組合時，它們包 括燃料產品。在其它情況中，組合物或燃料組分或者兩者單獨都適合於作為燃料產品。在 還其它情況中，燃料組分是現有的石油產品，例如汽油或噴氣式發動機燃料。在還其它情況 中，燃料組分源於可再生資源，例如生物乙醇、生物柴油、生物汽油等。生物質原料適合於生產高辛烷值烴產品。因此，一個實施方式描述形成燃料產品 的方法，其包括通過裂化生物質原料，形成一種或多種具有4至12個碳、具有80或者更高 辛烷值的輕質烴；和將一種或多種具有80或更高辛烷值的烴與具有80或更小辛烷值的烴 混合。一般地，具有80或更小辛烷值的烴是源於精煉原油的化石原料。在具體的實施方式 中，生物質原料包括至少一種具有多烯結構的烴，多烯結構包括一個或多個季烯碳。在另一 個實施方式中，生物質原料包括至少一種低階類異戊二烯，如本文所限定的。生物質原料可以被修飾或者標記，以在裂化或改變的輕質烴產品中提供保存的可 驗證的特徵，使得輕質烴產品可以被鑑定或者被追溯到其最初的原料。例如，碳同位素可以 在生物質烴的生物合成期間被引進到生物質烴中。在產生的烴原料中，碳同位素被用作為 標記。標記的烴原料可以進行本文描述的精煉過程，以產生碳同位素標記的輕質烴產品。同 位素允許鑑定單獨的或者與其它未標記的產物結合的標記產品，使得標記產品可以被追溯 到它們的生物質原料。生物質烴生產本文描述的任一產品可以通過轉化生物製備，以通過這種生物引起產品的生產。 生物在轉化之前或之後可以是光合生物。生物可使用本文所述組合物和方法轉化的生物的實例包括維管和無維管生物。所述生 物可以是原核生物或真核生物。所述生物可以是單細胞生物或多細胞生物。無維管光合生物的實例包括苔蘚植物(bryophtyes)，如葉苔門 (marchantiophytes)或角苔門(anthocerotophytes)。在一些情況中，所述生物是藍細菌。 在一些情況中，所述生物是藻類(如大型藻(macroalgae)或微藻)。所述藻類可以是單細胞或多細胞藻類。在一些情況中，所述生物是紅藻門、綠藻門、不等鞭毛門、tribophyta、灰 色藻門(glaucophyte)、絲足蟲門、眼蟲藻、隱藻門、隱滴蟲、腰鞭毛蟲或浮遊植物。例如，所述微藻萊茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)可用編碼薴烯合酶的載 體轉化，以生產薴烯。在另一實施方式中，微藻類可以用編碼薴烯合酶和蛋白質的一個或多 個載體轉化以提供薴烯的生產。方法可使用微藻，萊茵衣藻示例。使用微藻依照本發明的方法表達多肽或蛋白 複合體提供了這樣的優勢——可以培養大量的微藻，包括商業地培養(Cyanotech Corp； Kailua-Kona HI)，因此允許期望產品的大量生產，以及分離——如果希望的話。然而，在任 何植物的葉綠體中表達例如功能哺乳動物多肽包括蛋白複合體的能力允許這些植物的作 物生產，並因此能夠方便地生產大量多肽。因此，方法可以使用任何具有葉綠體的植物實 施，包括，例如大型藻，如海藻和海草，以及在土壤中生長的植物。術語「植物」在本文被寬泛地使用，以指代含有質體(plastids)，特別是葉綠體的 真核生物，並且其包括在任何發育階段的任何這樣的生物；或指代植物的部分，包括植物插 條(plant cutting)、植物細胞、植物細胞培養物、植物器官、植物種子和胚芽(plantlet)。 植物細胞是植物的結構和生理單位，其包括原生質體和細胞壁。植物細胞可以是分離的單 個細胞或培養的細胞的形式，或可以是更高組成單元，如植物組織、植物器官或植物。因 此，植物細胞可以是原生質體，生成配子的細胞，或一個細胞，或可以再生為整個植物的細 胞集合。同樣地，種子，其包含多個植物細胞並能夠再生為整個植物，出於本公開的目的， 被認為是植物細胞。植物組織或植物器官可以是種子、原生質體、胼胝體，或被歸類進結構 或功能單元的任何其它類別的植物細胞。植物特別有用的部分包括可收穫部分和用於繁 殖後代植物的部分。植物的可收穫部分可以是植物任何有用的部分，例如花朵、花粉、幼苗 (seedling)、塊莖、葉、莖、果實、種子、根等。用於繁殖的植物部分包括，例如，種子、果實、插 條(cutting)、幼苗、塊莖、根莖(rootstock)等。本文描述的方法可以產生含有葉綠體的植物，所述葉綠體被基因修飾以包含穩定 整合的多核苷酸(Hager 和 Bock，Appl. Microbiol. Biotechnol. 54 :302_310，2000)。因此， 方法可以進一步提供轉基因(葉綠體轉基因(transplastomic))植物，如萊茵衣藻，其包括 一個或多個含有多核苷酸的葉綠體，所述多核苷酸編碼一個或多個異源多肽，包括與形成 功能蛋白複合體特異相關的多肽。本文所述的光合生物可包含至少一種被修飾以生成產物 的宿主細胞。表達載體和宿主細胞轉化本文的生物/宿主細胞可以用表達載體轉化，以改變產物(一種或多種)的生產， 例如，提高產物(一種或多種)的生產。產物(一種或多種)可以是由生物天然地或非天 然地產生的。表達載體可以編碼一個或多個同源或異源核苷酸序列(由宿主細胞或由不同的 生物產生)和/或一個或多個自體的核苷酸序列(由同一生物產生)和/或編碼同源或異 源多肽的那些。可被轉化入藻類宿主細胞的異源核苷酸序列的實例包括來自細菌、真菌、植 物、光合細菌或其它藻類的基因。可被轉化入藻類宿主細胞的自體核苷酸序列的實例包括 類異戊二烯合成基因、內源啟動子和來自psbA、atpA或rbcL基因的5，UTRs。在一些情況 中，異源序列在兩個自體序列或同源序列的側面。同源序列是那些具有與宿主細胞中的序列至少50%、60%、70%、80%或90%同源性的序列。在一些實施方式中，同源序列在兩個 自體序列的側面。第一和第二同源序列使異源序列能夠重組進入宿主生物的基因組。第一 和第二同源序列的長度都可以至少是100、200、300、400或500個核苷酸。表達載體可含有為在被轉化生物中偏倚(偏愛)表達的密碼子的核苷酸序列。普 通技術人員在使用核苷酸密碼子來具體指明給定胺基酸中已經了解由特定宿主細胞顯示 的「密碼子偏倚性」。並非被理論限制，但通過使用宿主細胞優選的密碼子，翻譯的比率可以 更高。因此，當合成用於提高在宿主細胞中表達的基因時，可期望設計這樣的基因，以便其 密碼子使用的頻率接近宿主細胞優選的密碼子使用的頻率。密碼子一般地可以富含A/T， 如，在密碼子第三核苷酸的位置上富含A/T。典型地，富含A/T的密碼子偏倚被用於藻類。 在一些實施方式中，密碼子的至少50%的第三核苷酸位置是A或T。在其它實施方式中，密 碼子的至少60 %、70 %、80 %、90 %或99 %的第三核苷酸位置是A或T。構建藻類的基因改造株(genetically manipulated strain)的一個方法涉及用 編碼目的基因的核酸進行轉化，所述核酸典型地是能夠將前體轉化為燃料產品或燃料產品 前體的酶。在一些實施方式中，轉化可將核酸引入宿主藻類細胞的任何質體(如葉綠體)。 轉化的細胞通常在引入外源核酸後被鋪於選擇性培養基中。該方法也可以包括若干篩選的 步驟。開始，通常進行初級轉化體(primary transformant)的篩選，以確定哪些克隆帶有 合適的外源核酸插入體。顯示恰當整合的克隆可被修補(形成膜片，patched)並重新篩選， 以確保遺傳穩定性。這樣的方法保證轉化體含有目的基因。在多種實例中，這樣的篩選通 過聚合酶鏈反應(PCR)進行，但是，本領域已知的任何其它合適的技術也可被使用。多種不 同的PCR方法在本領域內公知(如嵌套PCR、實時PCR)。雖然在本文所述的實例中使用了 具體的例子；但是，本領域普通技術人員能認識到其它PCR技術可替代所述的具體方案。篩 選帶有合適的外源核酸插入體的克隆之後，通常克隆被篩選編碼蛋白的存在性。蛋白表達 篩選通常通過蛋白質印跡分析和/或酶活性測試進行。用在本發明方法中的重組核酸分子可以包含在載體中。而且，在使用第二(或更 多)重組核酸分子進行該方法的情況下，第二重組核酸分子也可以包含在載體內，其可以， 但不必與含有第一重組核酸分子的載體相同。所述載體可以是用於將多核苷酸引入葉綠 體的任何載體，並且優選地，包含足以與葉綠體基因組DNA進行同源重組的葉綠體基因組 DNA的核苷酸序列，例如，含有約400到1500或更多基本上連續的葉綠體基因組DNA核苷酸 的核苷酸序列。葉綠體載體和選擇葉綠體基因組區域用作載體的方法是公知的(參見，例 如，Bock，J. Mol. Biol. 312 :425_438，2001 ；也參見 Staub 和 Maliga, Plant Cell 4 39-45, 1992 ；Kavanagh等，Genetics 152 :1111_1122，1999，它們中的每一個都在此通過引用並 入)。在一些情況中，這樣的載體包括啟動子。啟動子可來自任何來源(如病毒、細菌、 真菌、原生生物、動物)。本文考慮的啟動子可以對光合生物、無維管光合生物和維管光合 生物(如藻類、開花植物)是特異性的。如在這裡所用，術語「無維管光合生物」是指任何 宏觀或微觀生物，包括但不限於，藻類、藍細菌和光合細菌，其不具有如在高等植物中發現 的維管系統。在一些情況中，上述核酸被插入含有光合生物如藻類的啟動子的載體中。所 述啟動子可以是在葉綠體和/或其它質體中表達的啟動子。在一些情況中，所述核酸是基 於葉綠體的。考慮用於插入本文所述任何核酸到葉綠體中的啟動子的實例包括美國申請2004/0014174中公開的那些。所述啟動子可以是組成型啟動子(constitutive promoter) 或誘導型啟動子。啟動子通常包括接近轉錄起始點的必需核酸序列(如TATA元件)。萊茵衣藻的整個葉綠體基因組在網際網路上通過URL" biology, duke, edu/ chlamy_genome/-chloro. html 「對公眾可用(參見"viewcomplete genome as text file，， 連結和「maps of the chloroplast genome」連結)，它們每一個都在此通過引用被併入 (J. Maul, J. W.Lilly 和 D. B. Stern，未公開的結果；2002 年 1 月 28 日修改；將以 GenBank 帳號AF396929公開)。通常，葉綠體基因組DNA的核苷酸序列被這樣選擇，以致其不是基 因的一部分，包括調控序列或編碼序列，特別是如果由於同源重組事件被打斷，將產生對葉 綠體有害作用的基因，例如，用於葉綠體基因組複製，或對含有葉綠體的植物細胞產生有害 作用的基因。在這一方面，包含萊茵衣藻葉綠體基因組序列的網站也提供了顯示葉綠體基 因組編碼區和非編碼區的圖譜，由此幫助用於構建載體的序列的選擇。例如，葉綠體載體， p322，是從約143. lkb位置的Eco (EcoRI)位點延伸到約148. 5kb位置的Xho (Xho I)位點 的克隆(參見，網際網路，在 URL" biology.duke.edu/chlamy_genome/chloro.html"，並點 擊"maps of the chloroplast genome"連結和〃 140_150kb"連結；也可直接通過互聯 網上 URL" biology, duke. edu/chlam-y/chloro/chlorol40. html 『『獲取)。在本文方法或過程的實踐中使用的載體也可以含有一個或多個給予該載體期望 性質的額外的核苷酸序列，包括，例如，這樣的序列，諸如輔助載體操控的克隆位點，指導該 載體複製或其包含的核苷酸序列轉錄的調控元件，編碼選擇性標記的序列等。因此，所述載 體可以包含，例如，一個或多個克隆位點，如多克隆位點，其可以但不必放置為使異源多核 苷酸可以被插入該載體並且可操作地連接到期望的元件。所述載體也可以包含原核生物的 複製起點(ori)，例如，大腸桿菌ori或粘粒ori，由此如期望，允許該載體在原核宿主細胞， 以及在植物的葉綠體中傳代。調控元件，作為本文所用的術語，廣義地指調控多核苷酸轉錄或翻譯，或其被可操 作地連接到的多肽的定位的核苷酸序列。實例包括，但不限於RBS、啟動子、增強子、轉錄終 止子、起始(啟動)密碼子、用於內含子剪切和正確讀碼框保持的剪接信號、終止密碼子、琥 珀密碼子或赭石密碼子——一種IRES。此外，細胞區室化信號(例如，將多肽靶向到細胞 液、核、葉綠體膜或細胞膜的序列)。這樣的信號在本領域內是公知的並已經被廣泛地報導 (見例如，美國專利號5，776，689)。本文所述的任何表達載體可進一步包含調控序列。調控序列可包括例如，啟動子 (一個或多個)、操縱子(一個或多個)、抑制子(一個或多個)、增強子(一個或多個)、轉 錄終止序列(一個或多個)、調控翻譯的序列(一個或多個)，或與宿主細胞相容的和控制 核酸分子表達的其它調控序列(一個或多個)。在一些情況下，調控序列包括能夠控制、調 節或影響轉錄起始、延伸和/或終止的轉錄控制序列(一個或多個)。例如，調控序列可以 提高生物中基因或基因產物的轉錄和翻譯速率和/或效率，其中所述基因或基因產物的表 達被上調，(直接或間接地)引起本文所述的產物的生產的提高。調控序列也可通過提高 基因或基因產物的穩定性，導致產物生產的提高。調控序列可以是自體或異源的(異體的)，並且如果是異源的，其可以具有同源 性。調控序列可編碼促進產物表達和生產的酶的一個或多個多肽。例如，異源調控序列可由 所述生物相同屬的另一種(如，另一藻類種)產生，並在藻類中編碼合酶。在另一實例中，
30自體調控序列可以由表達載體將在其中表達的生物中產生。取決於應用，調控序列可以被用以影響誘導型或組成型表達。藻類調控序列可以 被使用，並且可以是核、病毒、染色體外、線粒體或葉綠體源的。合適的調控序列包括與待表達核苷酸序列天然相關的那些(例如，天然地與藻類 衍生的核苷酸序列可操作地連接的藻類啟動子)。合適的調控序列包括與待表達的核酸分 子非天然相關的調控序列(例如，與另一生物或藻類種的核苷酸序列可操作連接的一個種 的藻類啟動子)。後一種調控序列可以是在相同種內控制另一基因表達的序列(即，自體 的)，或可以從不同生物或種中得到的(即，異源的)。為了確定推定的調控序列是否合適，該推定的調控序列被連接到核酸分子，其通 常編碼產生容易檢測的信號的蛋白質。該構建體可隨後通過標準技術插入藻類或其它生 物，並且其表達被監控。例如，如果核酸分子編碼顯性的選擇性標記，待使用的藻類或生物 被測試在所述標記為其提供抗性的化合物存在的環境中生長的能力。在一些情況下，調控序列是啟動子，如適合核苷酸序列在無維管光合生物中表達 的啟動子。例如，所述啟動子可以是藻類啟動子，例如美國公開申請號2006/0234368和 2004/0014174，以及 Hallmann 的 Transgenic Plant J. 1 :81_98 (2007)中所述的。該啟動 子可以是葉綠體特異性啟動子或核啟動子。啟動子可以是EFl-a基因啟動子或D啟動子。 在一些實施方式中，所述合酶被可操作地連接到EF1-a基因啟動子。在其他實施方式中， 所述合酶被可操作地連接到D啟動子。本文的調控序列可以在多個位置發現，包括例如，編碼區域和非編碼區域、 5'-未翻譯區域(如，編碼區域上遊的區域)和3'-未翻譯區域(如，編碼區域下遊的區 域)。因此，在一些情況中，自體或異源的核苷酸序列可以包含一個或多個3'或5'-未翻 譯區域、一個或多個內含子或一個或多個外顯子。例如，在一些實施方式中，調控序列可以包含隱秘小環藻(Cyclotella cryptica) 乙醯輔酶A羧化酶5'-未翻譯調控序列或隱秘小環藻乙醯輔酶A羧化酶3'-未翻譯調 控序列(美國專利號5，661，017)。調控序列也可編碼嵌合或融合多肽，如蛋白質AB或SAA，其促進異源核苷酸序列 和蛋白的表達。其它調控序列包括自體的內含子序列，其可促進異源序列的翻譯。在本文的任何表達載體中使用的調控序列可以是可誘導的。可誘導的調控序列， 如啟動子，可以通過例如光被誘導。調控序列也可以是可自體調控的。可自體調控的調控 序列的實例包括通過，例如，內源ATP水平或通過由生物產生的產物自體調控的那些。在一 些情況中，所述調控序列可通過外源試劑誘導。其它可誘導的元件在本領域內是公知的，並 且可適合於如本文的應用。本文所述的各種調控序列的各種組合可具體化並與本文所述的其它特徵組合。在 一些情況下，表達載體包含一個或多個調控序列，其被可操作地連接到編碼多肽的核苷酸 序列上，所述多肽影響，例如，上調本文所述產物的生產。在一些情況下，表達載體包括一個 或多個調控序列，所述調控序列可操作地連接到編碼影響例如上調產物生產的多肽的核苷 酸序列。載體或其他重組核酸分子可包括編碼報告多肽或其它選擇性標記的核苷酸序列。 術語「報導基因(reporter)」或「選擇性標記」指的是給予可檢測表型的多核苷酸(或編碼的多肽)。報導基因通常編碼可檢測的多肽，例如，綠色螢光蛋白，或一種酶，如螢光素酶，當 與合適的試劑(分別是特定波長的光或螢光素)接觸時，其產生可被肉眼或使用適當的儀 器檢測到的信號(Giacomin, Plant Sci. 116 :59_72，1996 ；Scikantha, J. Bacteriol. 178 121，1996 ；Gerdes,FEBS Lett. 389 :44_47，1996 ；也參見 Jefferson,EMBO J. 6 :3901_3907， 1997,fl-glucuronidase)。選擇性標記通常是這樣的分子，當在細胞中存在或表達時，其為 含有該標記的細胞提供了選擇性優勢(或劣勢)，例如，在以其他方式殺死細胞的試劑存在 的情況下生長的能力。選擇性標記可以提供獲得表達該標記的原核細胞或植物細胞或兩者的方法， 並因此可以被用作所述載體的一個部分(參見，例如，Bock，上文，2001)。選擇性標記 的實例包括，但不限於，給予抗代謝物抗性的那些，如，二氫葉酸還原酶，其給予對甲氨 喋呤的抗性(Reiss, PlantPhysiol. (Life Sci. Adv.) 13 143-149，1994)；新黴素磷酸 轉移酶，其給予對氨基糖苷新黴素、卡那黴素和嘌呤黴素的抗性(Herrera-Estrella， EMBO J. 2 987-995,1983) ；hygro,其給予對潮黴素的抗性(Marsh，Gene32 481-485, 1984) ；trpB，其允許細胞使用吲哚替代色氨酸；hisD，其允許細胞使用組氨醇(histinol) 替代組氨酸(Hartman，Proc. Natl. Acad. Sci.，USA 85 :8047，1988)；甘露糖 _6_ 磷酸異 構酶，其允許細胞使用甘露糖(W0 94/20627)；鳥氨酸脫羧酶，其給予對鳥氨酸脫羧酶 抑制劑——2-( 二氟甲基)-DL-鳥氨酸的抗性(DFM0 ;McConlogue，1987，In Current Communications in Molecular Biology, Cold Spring HarborLaboratory ed.)；禾口自 土麴黴(Aspergillus terreus)的脫氨酶，其給予對殺稻瘟素S的抗性(Tamura，Biosci. Biotechnol. Biochem. 59 =2336-2338,1995)。其它選擇性標記包括給予除草劑抗性的那 些，例如，草胺膦乙醯轉移酶基因，其給予對草胺膦的抗性(White等，Nucl. Acids Res. 18 1062，1990 ；Spencer 等，Theor. Appl. Genet. 79 :625_631，1990)；突變 EPSPV 合酶，其給予 草甘膦抗性(Hinchee等，BioTechnology91 =915-922,1998)；突變乙醯乳酸合酶，其給予 咪唑啉酮或磺醯脲抗性(Lee等，EMBO J. 7 =1241-1248,1988)；突變psbA，其給予對阿特拉 津(atrazine)的抗性(Smeda 等，Plant Physiol. 103 :911_917，1993)；或突變前卟啉原 (protoporphyrinogen)氧化酶(參見美國專利號5，767，373)；或給予對除草劑如草丁膦 (glufosinate)的抗性的其它標記。選擇性標記包括給予真核細胞二氫葉酸(DHFR)或新 黴素抗性，或給予原核生物，如大腸桿菌四環素、氨苄青黴素抗性；和植物中爭光黴素、慶大 黴素、草甘膦、潮黴素、卡那黴素、甲氨喋呤、腐草黴素、草胺膦(phosphinotricin)、壯觀黴 素、鏈黴素、磺醯胺和磺醯脲抗性的多核苷酸(參見，例如，Maliga等，Methods in Plant Molecular Biology, ColdSpring Harbor Laboratory Press，1995，第 39 頁)。報導基因已經被成功地用在高等植物的葉綠體中，並且已經報導了高水平重組蛋 白的表達。此外，報導基因已經被用在萊茵衣藻的葉綠體中，但是，在大多數情況下，產生 非常少量的蛋白質。報導基因極大地增強了監控多種生物中基因表達的能力。在高等植 物的葉綠體中，3 -葡萄糖醛酸酶(uidA，Staub 和 Maliga, EMBO J. 12 =601-606,1993)、新 黴素磷酸轉移酶(nptll, Carrer 等，Mol. Gen. Genet. 241 =49-56,1993)、腺苷基-3-腺嘌 呤轉移酶(adenosyl-3-adenyltransf-erase) (aadA, Svab 禾口 Maliga, Proc. Natl. Acad. Sci.，USA 90 :913-917,1993)和維多利亞發光水母(Aequorea victoria)GFP(Sidorov 等，Plant J. 19 :209-216,1999)已經被用作報導基因(Heifetz, Biochemie 82 -.655-666,2000)。這些基因中的每一個都具有使它們成為有用的葉綠體基因表達的報導基因的性 質，如易於分析、敏感性或檢查原位表達的能力。基於這些研究，其它異源蛋白已經在高 等植物的葉綠體中表達，如，蘇雲金芽孢桿菌(Bacillus thuringiensisKry毒素，其將 抗性給予草食昆蟲(Kota 等，Proc. Natl. Acad. Sci. , USA 96 1840-1845,1999)或人生 長激素(Staub等，Nat. Biotechnol. 18 :333_338，2000)，一種可能的生物藥物。若干報 道基因已經在真核綠藻萊茵衣藻的葉綠體中表達，包括aadA(Goldschmidt-Clermont， Nucl. Acids Res. 19 4083-40891991 ；Zerges和 Rochaix, Mol.Cell Biol. 14 :5268_5277， 1994)、uidA(Sakamoto 等，Proc. Natl. Acad. Sci.，USA 90 :477_501，19933，Ishikura 等，J. Biosci. Bioeng. 87 :307-3141999)、海腎(Renilla)螢光素酶(Minko 等，Mol. Gen-Genet. 262 :421_425， 1999) 和來自鮑曼不動桿菌(Acinetobacter baumanii)的氨基糖苷 憐酸轉移酶(amino glycoside phosphotransferase) aphA6 (Bateman 禾口 Purton, Mol. Gen. Genet 263 =404-410,2000)。在一些情況中，載體含有諸如大腸桿菌或釀酒酵母(S. cerevisiae)複製起點的 元件。這些特徵，與適當的選擇性標記結合，允許所述載體在目標宿主細胞和細菌和/或酵 母細胞之間「穿梭(shuttled)」。在第二寄主(secondary host)中傳代穿梭載體的能力可 允許對該載體特徵更方便地操控。例如，含有載體和推定插入的目標多肽的反應混合物可 以被轉化入原核宿主細胞如大腸桿菌，被擴增並用常規方法收集，並且被檢驗，以鑑定含有 目標插入體或構建體的載體。如果期望，該載體可以進一步被操作，例如，通過進行插入的 多核苷酸的位點定向誘變，隨後再次擴增並選擇具有突變的目標多核苷酸的載體。穿梭載 體隨後可以被引入植物細胞葉綠體，其中目標多肽可以被表達，並且如果期望，根據方法進 行分離。多核苷酸或重組核酸分子可以使用本領域已知的任何方法被引入植物葉綠體。多 核苷酸可以通過多種本領域熟知的方法被引入細胞，並且部分地基於特定的宿主細胞進行 選擇。例如，多核苷酸可以使用直接基因轉移的方法被引入植物細胞，所述方法例如電穿孔 或使用粒子槍的微粒介導(基因槍)轉化或「玻璃珠法(glass bead method) 」，或通過花 粉介導的轉化、脂質體介導的轉化、使用損傷或酶降解的未成熟胚胎或損傷或酶降解的胚 胎胼胝體轉化(Potrykus, Ann. Rev. Plant. Physiol. Plant Mol. Biol. 42 -.205-225,1991)。質體轉化是用於將多核苷酸引入植物細胞葉綠體的一種常規和熟知的方法(參 見美國專利號 5，451，513,5, 545，817 和 5，545，818 ；W095/16783 ；McBride 等，Proc. Natl. Acad. Sci.，USA 91 :7301_7305，1994)。在一些實施方式中，葉綠體轉化涉及引入位於期望 核苷酸序列側面的葉綠體DNA的區域，這允許外源(exogenous)DNA同源重組進入目標葉綠 體基因組。在一些情況中，葉綠體基因組DNA側面的1到1. 5kb的核苷酸序列可以被使用。 使用這種方法，在葉綠體16S rRNA和給予對奇黴素和鏈黴素的抗性的rpsl2基因中的點 突變可以被用作轉化的選擇性標記(Svab等，Proc. Natl. Acad. Sci.，USA 87 =8526-8530, 1990)，並且可以以約每100次轟擊目標葉片一個的頻率，產生穩定的同質(homoplasmic) 轉化體。微粒介導的轉化也可以被用於將多核苷酸引入植物細胞葉綠體(Klein等， Nature 327:70-73,1987).該方法使用諸如金或鎢的微粒，其被期望的多核苷酸通過與 氯化鈣、亞精胺或聚乙二醇沉澱而包被。微粒粒子使用諸如BI0LISTIC PD-1000粒子槍(BioRad ；Hercules Calif.)的設備高速加速進入植物組織。使用基因槍方法進行轉化的 方法在本領域內是公知的(參見，例如，Christou，Trends in Plant Science 1:423-431， 1996)。微粒介導的轉化已經被使用，例如，用以產生多種轉基因植物種類，包括棉花、菸草、 玉米、雜交白楊和木瓜。重要的穀類作物，諸如小麥、燕麥、大麥、高粱和水稻也已經使用微 粒介導輸送被轉化(Duan 等，Nature Biotech. 14 :494_498，1996 ；Shimamoto, Curr. Opin. Biotech. 5 :158-162，1994)。大多數雙子葉植物的轉化用上述方法是可能的。單子葉植物 的轉化也可以使用，例如，上述基因槍方法、原生質體轉化、部分滲透細胞的電穿孔、使用玻 璃纖維引入DNA、玻璃珠攪拌(agitation)法等進行轉化。轉化頻率可通過隱性rRNA或蛋白抗生素抗性基因被顯性選擇性標記替代而提 高，所述顯性選擇性標記包括但不限於細菌aadA基因(Svab和Maliga，Proc. Natl. Acad. Sci. , USA 90:913-917,1993)。轉化後通常需要約15到20個細胞分裂周期以達到同質 (homoplastidic)狀態。葉綠體可包含其基因組的多個拷貝對本領域普通技術人員是顯而 易見的，並且因此，術語「同質的(homoplasmic) 」或「同型異源性(homoplasmy) 」指的是這 樣的狀態——其中特定目標基因座的所有拷貝都基本相同。質體表達——其中基因通過同 源重組插入每個植物細胞中存在的環狀質體基因組的所有幾千個拷貝中，利用了相對於核 表達基因的大量拷貝數優勢，以允許表達水平輕易地超過總可溶植物蛋白的10%。在一些情況下，方法可以通過向葉綠體中引入重組核酸分子實施，其中所述重組 核酸分子包括第一多核苷酸，其編碼至少一個多肽(例如，1個、2個、3個、4個或更多)。在 一些實施方式中，多肽被可操作地連接到第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第 十和/或後續多肽。例如，在烴生產途徑中的若干酶可以被直接或間接地連接，以便由該途 徑中的一種酶產生的產物一旦產生，即與該途徑中下一種酶非常靠近。對於葉綠體的轉化，主要優勢可能是包含選擇性標記和一個或多個目的基因的重 組核酸構建體的使用。典型地，葉綠體的轉化通過用以下兩種構建體共轉化葉綠體實施一 種包含選擇性標記且第二種包含目的基因(一種或多種)。這些轉化體的篩選由於多種原 因是費力且費時的。首先，培養一些轉化的生物需要的時間是漫長的。其次，轉化體必須針 對選擇性標記和目的基因(一種或多種)兩者都存在進行篩選。典型地，對目的基因(一 種或多種)的第二次篩選通過DNA印記法進行(參見，例如PCT/US2007/072465)。在葉綠體中，基因表達的調控一般地在轉錄後並且通常在翻譯起始期間 發生。這種調控取決於葉綠體翻譯裝置，以及核編碼的調控因子(參見Barkan和 Goldschmidt-Clermont, Biochemie 82 :559_572, 2000 ；Zerges, Biochemie 82 :583_601, 2000)。葉綠體翻譯裝置通常與細菌中的類似；葉綠體包含70S核糖體；具有缺少5』帽的 mRNA並通常不含有3，多腺苷尾(Harris等，Microbiol. Rev. 58 :700_754，1994)；而且翻譯 在葉綠體和在細菌中被諸如氯黴素的選擇性試劑抑制。本文所述的一些方法利用了核糖體結合序列(RBS)相對於編碼序列的恰當置 放。以前就已經注意到RBS這樣的置放引起植物葉綠體中穩健的翻譯(參見美國申請 2004/0014174，在此被引入作為參考)，以及利用葉綠體中表達多肽的多肽是該多肽不穿過 通常被由核基因表達的多肽穿過的細胞區室，並因此，不經過某些翻譯後修飾，如糖基化。 同樣地，通過本發明的一些方法產生的多肽和蛋白複合體可以被預期在沒有這樣的翻譯後 修飾的情況下產生。
編碼多核苷酸的一個或多個密碼子可以被偏倚，以反映葉綠體和/或核密碼子的 使用。大多數胺基酸由兩個或多個不同的(簡併的)密碼子編碼，並且各種生物使用某些 密碼子優先於其它密碼子是公知的。這樣優選的密碼子使用——其也在葉綠體中使用，在 本文指的是「葉綠體密碼子使用」。萊茵衣藻的密碼子偏倚性已經被報導。參見美國申請 2004/0014174。編碼類異戊二烯生物合酶——其對在萊茵衣藻中表達偏倚——的核酸的實 例在表5-8中提供。與原生序列同一性百分比(在該序列被分離的生物中)可以是約50%、 約60%、約70%、約80%、約90%或更高。一些載體包含表5提供的一種或多種核酸和/ 或具有與其約70%同一性的核酸。術語「偏倚的」當用於指密碼子時，表示多核苷酸中密碼子的序列已經被改變，以 至於該密碼子在該偏倚(bias)用於的目標中，如藻細胞、葉綠體，是被優選地使用的一個。 對葉綠體密碼子使用偏倚的多核苷酸可以重新合成，或可以使用常規的重組DNA技術，例 如，通過位點定向誘變法，進行基因修飾，以改變一個或多個密碼子，以便它們針對葉綠體 密碼子使用是偏倚的。葉綠體密碼子偏倚可以在不同植物中多種地偏斜的(不規則的， skewed)，包括，例如，在藻類葉綠體中與在菸草中比較。通常，選擇的葉綠體密碼子偏倚性 反映了用核酸轉化的植物的葉綠體密碼子使用。例如，在萊茵衣藻為宿主的情況下，葉綠體 密碼子使用被偏倚，以反映藻類葉綠體密碼子使用(在第三個密碼子位置約74. 6%的AT偏 倚)。本文描述的任何產物可以通過轉化生物以使該產物的這種生物進行生產來製備。 即使轉化事件破壞或降低了轉化生物的光合能力(例如，外源核酸被插入到編碼光合作用 需要的蛋白質的基因中)，該生物也被認為是光合生物。修飾的途徑本文的表達載體可以編碼這樣的多肽(一種或多種)，所述多肽促進中間體、產 物、前體以及本文描述的產物的衍生物的產生。例如，表達載體可以編碼在類異戊二烯途徑 中促進中間體、產物、前體和衍生物的產生的多肽(一種或多種)。類異戊二烯或萜類化合物是一組與萜有關的有機化學品。萜一般源自異戊二烯單 元。異戊二烯單元是五碳單元(C5)。根據異戊二烯單元的數目對萜進行分類，如半萜(C5)、 單萜(C10)、倍半萜(C15)、二萜(C20)、三萜(C30)、四萜(C40)和多萜(Cn，其中「n」等於或 大於45)。萜是這樣的烴，其可以被改性(例如，氧化、除去甲基基團等)或其碳骨架被重排 以形成萜的衍生物，如類異戊二烯。類異戊二烯也包括其他的類固醇以及類脂。萜前體被認為通過兩種途徑產生。甲羥戊酸途徑，或HMG-CoA還原酶途徑，產生二 甲基烯丙基焦磷酸(DMAPP)和異戊基焦磷酸(IPP)，萜常見的C5前體。非甲羥戊酸途徑是 形成DMAPP和IPP的可選途徑。DMAPP和IPP可被縮合以形成櫳牛兒基二磷酸(GPP)或其 他前體，如法呢基二磷酸(FPP)、櫳牛兒基櫳牛兒基二磷酸(GGPP)，由它們形成更高級的類 異戊二烯。本文的表達載體可以編碼在甲羥戊酸途徑中具有作用的多肽(一種或多種)， 諸如，例如，硫解酶、HMG-CoA合酶、HMG-CoA還原酶、甲羥戊酸激酶、磷酸甲羥戊酸激酶 (phosphemevalonate kinase)和甲羥戊酸_5_焦磷酸脫羧酶。在其他實施方式中，多肽 是非甲羥戊酸途徑中的酶，如D0XP合酶、D0XP還原酶、4- 二磷酸胞苷-2-C-甲基-D赤 蘚糖醇合酶(4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol synthase)、4_ 二磷酸胞苷-2-C-甲基-D赤蘚糖醇激酶、2-C-甲基-D-赤蘚糖醇2，4，-環二磷酸合酶、HMB-PP合 酶、HMB-PP還原酶或D0XP還原異構酶。在其他情況下，表達載體可以包括編碼類異戊二烯途徑中的多肽的核苷酸序列， 諸如，例如，編碼合酶的序列。合酶可以是CIO、C15、C20、C30或C40合酶。在一些實施 方式中，合酶是葡萄烴(botryococcene)合酶、薴烯合酶、1，8桉樹腦(l，8cine0le)合 酶、a-菔烯合酶、莰烯合酶、(+)_檜烯合酶、月桂烯合酶、松香二烯(abietadiene)合酶、 紫杉二烯(taxadiene)合酶、法呢焦磷酸合酶、紫穗槐二烯合酶、(E) - a -紅沒藥烯合酶、 diapophytoene合酶或diapophytoene去飽和酶。在表2中描述了合酶的實例以及它們的 序列。表2.合酶的實例 所述合酶也可以是3 -石竹烯合酶、大根香葉烯A合酶、8-表雪松醇 (8-epicedrol)合酶、朱欒倍半萜(valencene)合酶、(+)-S-杜松烯((+)- S-cadinene) 合酶、大根香葉烯C合酶、(E)-0-法呢烯合酶、蓖麻烯(casbene)合酶、vetispiradiene合酶、5-表-馬兜鈴烯(5-印i-aristolochene)合酶、馬兜鈴烯合酶、a-潷草烯、(E， E)_ a-法呢烯合酶、菔烯合酶、松油烯合酶、薴烯環化酶、沉香醇合酶、(+)_冰 片二磷酸合酶、左旋海松二烯合酶、異海松二烯合酶、(E)-y-紅沒藥烯合酶、柯巴基焦磷酸 (copalyl pyrophosphate)合酶、貝殼衫烯(kaurene)合酶、長葉烯合酶、潷草烯合酶、 6 _蛇床烯合酶、0 -水芹烯合酶、異松油烯合酶、(+)_3_蒈烯合酶、順-柯巴基焦磷酸合酶、 a -松油醇合酶、順-海松-7，15- 二烯合酶、反-山達海松二烯(sandaaracopimaradiene) 合酶、sterner-13-ene合酶、E- 0 -羅勒烯、S-沉香醇合酶、櫳牛兒醇合酶、Y _松油烯合酶、 沉香醇合酶、E-0 -羅勒烯合酶、表_雪松醇合酶、a -姜烯合酶、愈創木二烯(guaiadiene) 合酶、卡藜二烯(cascarilladiene)合酶、順-穆羅拉二烯(muuroladiene)合酶、阿菲迪柯 林-16b-醇(aphidicolan-16b-ol)合酶、伊莉莎白三烯(elizabethatriene)合酶、檀香醇 合酶、廣藿香醇(patchoulol)合酶、zinzanol合酶、雪松醇合酶、香紫蘇醇(scareol)合酶、 柯巴醇(copalol)合酶或淚柏醇(manool)合酶。本文描述的方法使用的途徑可以包含細胞溶膠中、質體中(如，葉綠體)或兩者中 存在的酶。編碼某些實施方式中酶的外源核酸可被引入宿主細胞，以便編碼的酶在細胞溶 膠中或在質體中或在兩者中都有活性。在一些實施方式中，在宿主細胞轉化後，在一個細胞 內區室(如，在細胞溶膠中)中存在的天然出現的酶可在不同的細胞內區域內(如在葉綠 體中)，或在天然出現和非天然出現的區域內表達。為了闡釋這一概念，並且只是通過實例的方式，無維管光合微藻物種可以被基因 工程化，以產生類異戊二烯，如薴烯(一種在特用化學和石油化學工業中有很高價值的分 子)。薴烯是純烴單萜，僅含有氫和碳原子。薴烯不是萊茵衣藻中天然產生的。薴烯在這些 微藻中的產生可以通過工程化該微藻以在葉綠體中表達異源酶薴烯合酶而完成。薴烯合酶 可以將萜前體櫳牛兒基焦磷酸(geranyl pyrophosphate)轉化成薴烯。不像薴烯，櫳牛兒 基焦磷酸天然存在於微藻的葉綠體中。薴烯合酶的表達可以通過插入編碼薴烯合酶的異源 基因到微藻的葉綠體基因組中完成。隨後使微藻的修飾株成為同質的，以確保薴烯基因在 所有後代的葉綠體基因組中穩定保持。當被插入的基因存在於葉綠體基因組的所有拷貝中 時，微藻對於基因是同質的。葉綠體可能包含其基因組的多個拷貝對本領域普通技術人員 是顯而易見的，並且因此，術語「同質的(homoplasmic)」或「同型異源性(homoplasmy) 」指 的是這樣的狀態——其中特定目標基因座的所有拷貝都基本相同。質體表達，其中基因通 過同源重組插入每個植物細胞中存在的環狀質體基因組的所有數千個拷貝中，利用了相對 於核表達基因的大量拷貝數優勢，以允許表達水平輕易地超過總可溶植物蛋白的10%。表達葉綠體是光合生物中生產性的細胞器和大量蛋白合成的位置。本文的任何表達 載體可選擇性地適合葉綠體表達。許多來自高等植物的葉綠體啟動子已經在Kimg和Lin， Nucleic Acids Res. 13 =7543-7549 (1985)中描述。基因產物可在葉綠體中由表達載體表 達。由表達載體編碼的基因產物也可由葉綠體靶向基因靶向到葉綠體。例如，靶向表達載 體或由表達載體編碼的基因產物(一種或多種)到葉綠體可進一步增強由調控序列和編碼 允許或提高燃料分子生產的蛋白或多肽的序列(一種或多種)提供的效果。本文所述的靶向葉綠體的各種組合可具體體現並與本文所述的其它特徵組合。例 如，編碼萜合酶的核苷酸序列可被可操作地連接到編碼葉綠體靶向序列的核苷酸序列。宿主細胞可用編碼靶向葉綠體的薴烯合酶的表達載體轉化，並且因此，可產生比用編碼薴烯 合酶但沒有葉綠體靶向序列的表達載體轉化的宿主細胞更多的薴烯合酶。與產生較少的宿 主細胞相比，增加的薴烯合酶的表達可產生更多的薴烯。而在另一實例中，包含編碼酶的核苷酸序列的表達載體被靶向葉綠體，所述酶通 過利用由生物自然產生的前體作為底物，產生該生物非自然產生的產物(例如，燃料產品、 芳香製品、殺蟲劑產品)。與其中酶被表達但是沒有靶向葉綠體的宿主細胞相比，通過將酶 靶向葉綠體，產物的生產可以增加。不被理論所束縛，這可能是由於增加了在葉綠體中產生 的前體並且因此更多的產物可以通過由引入的核苷酸序列所編碼的酶產生。方法
產物(例如燃料產品、芳香製品、殺蟲劑產品)可以通過包括下述步驟的方法生 產生長/培養由本文的一個或多個核酸轉化的無維管生物。本文的方法可以進一步包括 轉化生物的步驟。轉化可以使用本領域內已知的或本文描述的任何方法進行。本文的方法 可以進一步包括收集由生物生產的產物的步驟。本文的方法可以進一步包括給生物提供無機碳源如煙道氣的步驟。在一些情況 下，無機碳源提供製造產物(例如燃料產品)必需的全部碳。生長/培養步驟優選地發生 在合適的培養基如具有礦物質和/或維生素的培養基中。在相關的不同方面，生產產物(例如燃料產品、芳香製品、殺蟲劑產品)的方法包 括用表達載體轉化光合生物；生長生物；以及從該生物收集產物。表達載體一般是本文描 述的表達載體，並且特別地被用於向生物增加額外的生物合成能力或改變該生物中現有的 生物合成途徑，意圖在於提高或允許由該光合生物產生分子。本文的方法包括選擇用於生產產物的基因，產物例如燃料、香料和殺蟲劑，用這 樣的基因(一種或多種)轉化光合生物的細胞，和在允許生產產物的合適條件下培養該 生物。本文使用的生物可以在傳統的發酵生物反應器中培養，其包括，但不限於，分批式 (batch)、補料分批式(fed-batch)、細胞再循環和連續式發酵器。而且，它們可在光生物反 應器中生長(參見，例如，美國專利公開號20050260553 ；美國專利號5,958, 761 ；美國專利 號6，083，740)。培養也可以在搖瓶、試管、微量滴定盤(microtiter dish)和培養皿中進 行。培養在適合重組細胞的溫度、PH和氧含量的條件下進行。這些培養條件在本領域普通 技術人員的技術範圍內。宿主生物也可在陸地上生長，例如，垃圾填埋場。在一些實例中，宿主生物(一 種或多種)在乙醇生產工廠或在產生C02的其它設施或區域(如，城市、高速公路等)附 近生長。因此，本文的方法考慮了向乙醇工廠或產生co2的其它設施或區域出售碳信用額 (carbon credits)，並同時通過在乙醇生產工廠附近培養一種或多種本文所述的修飾的生 物來生產燃料的商業方法。而且，所述生物可在戶外開放水域生長，如池塘、大洋、海、河流、水床(waterbed)、 沼澤水(marsh water)、淺池、湖泊、水庫等。當在水中生長時，所述生物可以被包含在由樂 高積木狀(lego-like)顆粒組成的光環狀(halo like)物體中。所述光環狀物體圍繞藻類， 並允許其保持來自水下方中的營養物，同時保持其在無遮擋的陽光中。在一些實例中，生物可以在容器中生長，其中每個容器包含1個或2個或多個生 物。所述容器可以被構建為漂浮在水上。例如，容器可以由空氣和水的組合填充，使得容器和在其中的宿主生物(一種或多種)漂浮。因此，適應在淡水中生長的宿主生物可以在鹹 水(例如，海洋)中生長，並且反之亦然。如果容器有任何損壞，這種機制允許生物自動死亡。在一些實例中，多個容器可以包含在上述光環狀結構中。例如，多達100、1，000、 10，000、100，000或1，000, 000個容器可以被安排在一平米的光環狀結構中。在一些實施方式中，通過收穫生物來收集產物(例如燃料產品、芳香製品、殺蟲劑 產品)。然後，可以從所述生物中提取產物。在一些實施方式中，所述產物(如，燃料產品、芳香製品、殺蟲劑產品)的表達是可 誘導的。所述產物可被誘導以表達。表達可以通過光誘導。而在其它實施方式中，所述產 物的生產是可自體調控的。所述產物可形成反饋迴路，其中當產物(如，燃料產品、芳香制 品、殺蟲劑產品)達到某個水平時，產物的表達可被抑制。在其它實施方式中，所述生物的 代謝產物的水平抑制產物的表達。例如，作為能量產生提高以表達產物的結果，所述生物產 生的內源ATP可形成反饋迴路，以抑制該產物的表達。在另一實施方式中，產物的生產可被 例如通過光或外源試劑誘導。例如，用於引起宿主生物中產物生產的表達載體可包含可誘 導的調控序列，其被外源試劑激活或失活。本文描述的方法可以涉及篩選新基因/表達載體以產生本文描述的任何燃料產 品的方法。這樣的方法包括下述步驟(1)將核酸的候選表達載體插入光合生物，(2)收集 從其產生的推定的燃料產品，(3)將推定的燃料產品施加到質譜儀以確定所述推定燃料產 品的性質以及其是否可以用作燃料產品。在一些實施方式中，步驟(2)可以包括收集已知 的燃料產品以及相對於不含候選表達載體的光合生物，候選表達載體是否增加了燃料產品 的生產。本公開通過以下實施例進一步地說明，其不應該以任何方式解釋為限制性的。生 成顯示數據的實驗步驟在以下更詳細地討論。本公開以以闡述的方式進行描述，並且應該 理解的是使用的術語意欲是描述性而不是限制性的。實施例1倍半萜、花側柏烯的裂化用本文提供的方法實現。在該實施例中，10-環分子篩催 化組合物被選擇以展示花側柏烯的催化裂化。該沸石是被稱為SN27的ZSM-5材料，其相對 於ZSM-5型沸石具有相對高的、大約27/1的Si02/Al203的氧化鋁含量。該材料通過與銨陽 離子交換可以被轉化為質子形式，隨後在使用之前，在脈衝反應器中、大約500°C下煅燒。建造脈衝反應器以研究本文描述的生物源的烴的催化反應。設計標準包括使產生 可靠的結果必需的反應物的量最小化並允許進行產物和產物分布的評估。如在圖1A中顯 示，脈衝反應器10由30釐米長、能夠經受超過1000°C的石英管20構成。該石英管在其末 端分別裝備有氣體入口 24和氣體出口 28。在中心它具有用於支撐催化劑樣品(沒有顯示) 的燒結盤(fritted disk)30。石英棉40放置在反應器中的催化劑的頂部和底部以保持它 在適當的位置。在頂部的0-環形連接器44允許有注射器注射口 50，並且另一個在底部的 0-環形接頭60被用於連接可拆卸的U形阱70。任選地，另一個管80可以連接到0-形接 頭60以防止產物在該0-形接頭上冷凝。主體管20可以放置在管式爐中，並且溫度控制器 (沒有顯示)被連接。圖1B是顯示運行中的脈衝反應器的示意圖。簡單地說，一般通過壓 力和流量調節器提供載氣的流動氣流。載氣流過注射器注射口、沿著該管向下、經過催化劑樣品並進入阱。該載氣攜帶烴反應物到催化劑，以及任選地提供某些反應氣氛。例如，載氣 可以是氦氣或者氮氣(惰性氣氛)、氫氣(還原氣氛)或氧氣(氧化氣氛)。催化劑樣品可 以在任一期望的氣氛中和在任何溫度進行預處理，然後脈衝引入反應物。使反應器至加熱 爐中的期望的反應溫度，和將小量的烴反應物在反應溫度下注射入流動氣流中，該流動氣 流攜帶這種「脈衝」到催化劑。為了收集反應產物，在底部的U形管阱70浸入裝備有液氮的 冷卻阱中。催化反應的產物在U形管阱中冷凍，並且可以通過移去U形管阱和用溶劑(例 如，甲醇)洗滌它進行回收。產物隨後可以進行分析，用GC/MS定性測定產物種類和/或用 具有FID檢測器的GC進行定量測定。在GC和GC/MS的兩個系統中，使用具有相同的柱溫 度禾呈控曲線(column temperature programming profiles)的相同色譜柱。這些是50_m P0NA毛細管柱，在兩種設備上都使用分流注射器(splittinginjectors)。花側柏烯是C15分子，因此其具有高沸點(大約275°C )，並因此可能要求色譜分 析方法的調整。GC/MS系統用於裂化產物的分析。花側柏烯裂化的催化裂化實驗在完全質子化形式的SN27上進行。裂化條件是 500°C，和用氦氣載氣(lOOcc/min)以25 y L脈衝提供花側柏烯到脈衝反應器。花側柏烯 到裂化產物的轉化率接近100%，並且主要產物是甲苯、苯、二甲苯、乙基苯和重芳香族化合 物。為了避免一些芳香族化合物例如苯和二甲苯，裂化也在較低溫度的裂化條件下進行 450,400,350和300°C。不同溫度得到的各種裂化產物的總結在圖1C中顯示。實施例2LZY-72是Union Carbide Y_型沸石，其經常被用作裂化催化劑。在該實施例中使 用的催化組合物以LZY-72鹼——其通常為鈉的形式一開始，由該鹼與NH4N03水溶液進行 離子交換，以產生沸石的銨形式。當加熱時，沸石銨轉化為氨消除的質子形式。沸石的質子 形式作為強的固體酸。Y-型沸石具有大約8.6 A孔口的3-維孔網絡(porenetwork)，該孔 口通向大約13 A自由直徑(free diameter)的更大、幾乎為球形的籠。第二種催化劑SN27是通過德國VAW-AG製造的ZSM-5沸石原料。它具有27/1的 Si02/Al203比例。該沸石也以鈉形式提供，使用類似的銨交換步驟，然後加熱以將它轉化為 強酸。ZSM-5沸石是以兩維通道系統為特徵，其為具有大約5.5A孔徑、大體上圓柱的形狀。在該實施例中，通過將倍半萜花側柏烯與SN27催化劑接觸，進行花側柏烯的裂 化，並且由此方法生成的產物在圖2A中總結。如在圖2A中圖解，在高溫(450-500°C )下 得到高的花側柏烯轉化率，並且甲苯是主要的產物，同時有較少量的苯、二甲苯和乙基-甲 苯。使用LZY-72催化劑，花側柏烯在低得多的溫度下裂化成為如圖2B中總結的高辛 烷值組分。在用LZY-72催化劑裂化花側柏烯的所有產物中的主要組分是甲苯。二甲苯和 苯衍生物在更高溫物下為優先產生，類似於SN27催化劑的結果。在低溫下，環戊烷和環己 烷的衍生物以顯著量產生，並且具有非常少的苯，這表明可以適合於混合或作為燃料產品 的高辛烷值燃料產品或燃料組分。圖2C、2D和2E分別圖解說明在200、250和300°C下用 LZY-72沸石裂化花側柏烯得到的組合物。括號中的數字表明各種組分的辛烷值範圍。也觀察到花側柏烯裂化產物的氫與碳(H/C)的比例。反應物花側柏烯是C15H22， 具有1. 47的H/C比例。如果花側柏烯正好裂化成為它的兩個基本環，產物將是54. 5%三 甲基環戊烯C8H14和45. 5%甲苯C7H8，並且該混合物將具有母體分子相同的1. 47的H/C比例。然而，該實施例的裂化產物混合物包含三甲基環戊烷和二甲基環己烷，而不是三甲基環 戊烯。由於飽和的環烷具有比不飽和環烷高的H/C比例，我們可以預期總的產物含有比反 應物高的H/C含量；因此，反應將需要氫加入。然而，圖2B中顯示的實際產物測量的H/C比 例是1.43，而這在沒有氫加入情況下是可能的，這是因為實際甲苯重量分數(62. 1%)超過 45. 5%。因此，裂化產物包括高辛烷值產品，其適合於燃燒燃料產品例如汽油或噴氣式發動 機燃料。同時，與SN27催化劑相比，在大多數溫度下，使用LZY-52催化劑裂化了更多的花 側柏烯，產生較少芳香族化合物。這種不同可能源於孔徑的不同。3擬7具有大約5.5人的孔 徑，並且該孔結構已知接納芳香環，但是花側柏烯的大小和形狀可能稍微太大而不適合該 孔。用SN27的催化裂化似乎需要高溫，但是在高溫下選擇性受到損害。對於大約8.6 A的 孔，LZY-52似乎能夠更好地容納花側柏烯分子。在實施例的另一種情況中，產物中沒有可測量的烷基環戊烯或者烷基環己烯，它 們可能是燃料產品例如汽油中不期望的。這些不飽和物，雖然可能可以接受，但是在汽油中 大量情況下可能引起反應困難。苯，燃料產品例如汽油中另一種不期望的分子，在一些情況 中也不以可測量的量存在。實施例3沸石0 從 PQ Catalysts (現在是 Zeolyst International 的一部分)得到。該 材料被稱為Valfor CP811BL-25。它具有大約25的Si02/Al203比例，並且以其酸(完全質 子化的)形式提供。經過壓成小球、在研缽和研杵中磨碎和篩分，沸石0從疏鬆粉末轉化 為20-40目顆粒，然後裝載進入脈衝反應器。類似於實施例2中說明的沸石Y，沸石0具有12-環、三維孔系統。與沸石Y不一 樣，沸石0可以以更高的Si02/Al203比例合成。這引起更低密度的質子位，但是每個單獨 位置一般比沸石0中的更強。在催化裂化條件和將花側柏烯與沸石3接觸下，在脈衝反應器中進行裂化花側 柏烯的過程。在溫度低至200°C的條件下觀察到高花側柏烯轉化率，並且在所有使用溫 度——200至500°C——下甲苯是主要產物。圖3A詳述使用沸石0 (Valfour CP811BL-25) 催化劑的花側柏烯裂化的溫度靈敏度和由此得到的產物。圖3B和3C圖解說明在200和 250°C下、使用沸石0 (Valfour CP811BL-25)催化劑，花側柏烯裂化的產物詳情。括號中的 數字表明種類的辛烷值。在不同異構體將具有不同辛烷值時，指明範圍。實施例4以鉀形式(Linde Molecular Sieves)開始製備ELZ-L沸石的銨形式。10g的鉀形 式的沸石在50cc的水中包含10g的醋酸銨溶液中被調成漿。混合物升溫並攪拌過夜，然後 濾出溶液，並且該過程重複第二次。該材料在使用之前，在125°C乾燥過夜。微平衡脫附實 驗顯示在500°C下乾燥後材料的強的質子含量。通過將花側柏烯與ELZ-Z催化組合物接觸，在脈衝反應器中進行花側柏烯的裂 化。通過GC和GC/MS分析裂化產物。色譜顯示寬範圍的裂化產物，特別是在低溫下。只有 面積具有色譜上最大峰面積的至少的峰被分析。被忽略的峰每個對色譜上所有峰的面 積總數貢獻大約0.3%。保留的峰然後通過使用NIST MS指紋資料庫的庫檢索進行鑑定。用ELZ-L催化劑裂化花側柏烯在所有測試溫度下主要產生甲苯和環烷(環烷類)，如在圖4中顯示。以環烷和一些甲苯為代價，高的裂化溫度增加二甲苯(二甲基苯)和其 它苯衍生物(三甲基苯、乙基苯、甲基異丙基苯)的產生。小於的產物是甲苯。在250 和490°C下，烯烴分別只佔裂化產物的1和9%。沒有產生顯著量的萘類(C10+芳香族化合 物)或者氧化物(oxygenates)(包含氧的分子)。ELZ-L催化劑產生了類似於圖2和3中顯示的LZY-72和沸石0催化劑的裂化產 物。具體地，LZY-72和ELZ-L產生相似量的甲苯和環烷。然而，在相應的溫度下，LZY-72催 化劑比ELZ-L產生更多的二甲苯和苯，但是在250和300°C下，LZY-72也具有更高的花側柏 烯轉化率。在400沸石。C和以下，沸石0比ELZ-L產生更多甲苯。像LZY-72—樣，在可比 較多溫度下，沸石0也比ELZ-L產生更多二甲苯和苯。在400°C和以上，沸石0也產生萘 類，而LZY-72和ELZ-L在任何溫度下都不產生顯著量的萘。與沸石0相比，在300°C或更 低下，ELZ-L顯示更差的花側柏烯轉化率。通過沸石0、LZY-72和ELZ-L的花側柏烯裂化產生大量的甲苯；如在本實施例和 實施例2以及實施例3顯示，從不少於30%，並通常為50%或更多。在高溫(450+°C )下， 大約20%的二甲苯是第二最豐富的產物。使用LZY-72和ELZ-L催化劑，降低裂化溫度至 200和300°C之間產生大約30%的環烷。中等溫度也減少苯和烯烴的形成。裂化花側柏烯 的所有三種大孔分子篩似乎是裂化花側柏烯成為高辛烷值燃料產品、組分或添加劑的優良 的候選者。實施例5從藻類提取的油在具有圖5A中顯示的裝置的脈衝反應器中裂化。如本文描述的 新沸石(fresh zeolite) ^催化劑用於每個裂化實驗並在使用之前乾燥。裂化實驗在500、 450、400、350和300°C下進行。裂化產物通過GC/MS分析。然後，通過保留時間和使用MIST MS指紋資料庫的庫檢索的組合鑑定峰。通過MS指紋或GC保留時間不能夠鑑定的峰被標記 為未知物。經過C02從藻類提取油，並將其提供為第一粗樣品。一些粗藻油通過RBD方法被 精煉，以提供第二精煉樣品。每個樣品在500、450、400和350°C裂化條件溫度下進行裂化。使用本文描述的方法，粗藻油裂化至如圖5B中顯示的近似等量的鏈烷烴、烯烴、 C8-C14芳香族化合物和萘類，其中0. lg粗藻油在各種溫度下與0. lg沸石0接觸進行裂 化。C4-C13鏈烷烴和萘類平均為該產物的19%，而環烷和烯烴平均為16%。甲基丁烷在所 有溫度下都是主要產物，其佔產物的大約9%。鏈烷烴、環烷和烯烴產生隨著裂化溫度增加 而減少。苯、甲苯、二甲苯和C9-C14芳族含量隨著裂化溫度而增加。萘產生在400°C下達到 高峰。不確定結構的氧化物在所有溫度下都小於產物的1%。因此，預期水為重要的反應產 物；然而，使用這些特定的步驟沒有量化水。在350°C下未知物產生於不能鑑定的18個峰， 每個峰給總濃度貢獻在0. 1-0. 5%之間。圖5B也說明取自標準汽油站的87、89和91辛烷值汽油的組分。與石油汽油相比， 來自藻粗提物的產物包含顯著少的鏈烷烴和顯著多的萘類。汽油也傾向於具有比觀察到的 裂化藻油產物小的分子。例如，汽油中的鏈烷烴是C4-C10，但是裂化產物中的鏈烷烴範圍多 至C13。這種趨勢對於環烷、烯烴和C8-C14芳香族化合物也適用。藻油的第二樣品通過該實施例的方法裂化，其中第二樣品通過RBD方法精煉，然 後通過0. lg沸石0裂化0. lg的第二樣品。圖5C顯示鏈烷烴是精煉藻油的主要裂化產
44物，在所有溫度當中其平均為20%。所有的烯烴、C8-C14芳香族化合物和萘類平均為大約 18%。苯在所有溫度下平均為產物的2.5%，在400°C下為3. 8%的最大值。從裂化的精煉 油中沒有鑑定到氧化物，但是水是最有可能存在的。平均小於的峰沒有被鑑定。環烷含 量隨著溫度增加而減少，而C8-C14芳族種類隨著溫度增加而增加。精煉藻油的裂化產物類似於原油裂化產物。同時，與實施例的汽油樣品相比，甲苯 和二甲苯含量是較低的。圖5D比較來自粗藻油和精煉藻油的裂化產物與87、89和91的辛 烷值石油汽油。平均起來，在通過裂化藻油樣品得到的兩組產物之間沒有顯著差別，這說明 RBD精煉沒有提高裂化產物。在一些情況下，裂化產物可能需要常規的分餾精煉，以便產生 合適的汽油產物。在其它情況中，裂化產物可以用作為燃料產品、組分或添加劑。實施例6倍半萜法呢烯通過將法呢烯與LZY-72催化劑接觸進行裂化，LZY-72催化劑是在 前面花側柏烯裂化實施例中使用的相同的銨交換形式。在500°C下預處理過程期間，當加熱 時，該材料轉化為酸(質子化)形式。通過GC/MS分析裂化產物。由於寬範圍的裂化產物，特別是在較低溫度下，色譜傾 向於非常複雜。對於該報告，只有面積為該色譜上最大峰面積的至少的峰被分析。較 小的峰傾向於每個給色譜上所有峰的面積總數貢獻大約0. 3%。然後，通過保留時間和使 用MITST MS指紋資料庫的庫檢索組合進行保留峰的鑑定。通過MS指紋或GC保留時間不 能夠鑑定的峰標記為未知物。通過重複注射25uL進入製備GC柱，將法呢烯濃縮至61 %，直到2mL濃縮的法呢烯 被收集，其組成在表3中顯示。表3. 濃縮的法呢烯通過LZY-72催化劑裂化。總計，用LZY-72催化劑裂化法呢烯產生60%的芳族分子、25%的環烷和13%的鏈 烷烴。在200和300°C之間裂化主要產生環烷，並且在更高溫度下主要產生芳香族化合物， 如在圖6A中所示。在200和300°C之間的裂化條件下，甲基和二甲基環己烷是主要的環烷，每個包括所有環烷的21%和17%。環烷生產隨著裂化溫度增加而減少，如圖6A中所示。二 甲苯、C9-C10芳香族化合物、萘和苯含量隨著裂化溫度而增加。三甲基苯是主要的C9-C10 芳族分子，在所有溫度下平均為C9-C10芳族分子的63%。在400°C下，苯達到所有產物的 1. 5%，當在490°C下裂化法呢烯時，達到峰值為3%。甲苯和鏈烷烴在所有溫度下以相對一 致地產生，每個各自平均為17%和12%。在所有溫度下，沒有確定結構的氧化物小於產物 的2%。沒有檢測到顯著量的烯烴。在485°C下未知物增加產生於不能鑑定的四個峰，每個 給總濃度貢獻1-3%之間。當裂化溫度增加，法呢烯裂化成為芳香製品的增加趨勢與在其它倍半萜裂化實施 例中所見到的趨勢是一致的。一般而言，當裂化溫度增加時，以環烷為代價，使用LZY-72裂 化倍半帖產生更多二甲苯和苯。圖6B顯示法呢烯裂化產物中發現的種類的研究和馬達(researchand motor)混 合辛烷值的平均。91+柱包含甲基丁烷、甲基環戊烷、甲基環己烷和除了苯之外的芳族分子。 所有其他環烷和鏈烷烴具有更類似於基礎石油汽油混合原料或直餾汽油的辛烷值，其具有 60和70之間的辛烷值。在350+°C下裂化法呢烯產生超過75%的具有高混合辛烷值的產物，例如，90以 上。來自350+°C下法呢烯裂化的高辛烷值產物表明總體的混合物可能具有高辛烷值。如 通過該實施例證明的，裂化法呢烯的方法和由此生成的組合物可能是有用的燃料產品、組 分或添加劑，該組合物類似於基礎石油汽油原料(辛烷值60-80)和更高的辛烷值混合原料 (辛烷值91+)。實施例7裂化倍半帖混合物的示例性方法在這個實施例中進行。姜油包含大約80%的倍半 萜。姜烯佔姜油的36%。接下來最大組分為16%，是0倍半水芹烯。薑黃烯、法呢烯和紅 沒藥烯每個也以大約10%存在。在該實施例中裂化的姜油使用二氧化碳以最小化姜醇的量 而得到，姜醇佔該油的大約6%。用於裂化姜精油的LZY-72催化劑是與在前面花側柏烯裂化實施例中使用的相同 的銨交換形式。在500°C下預處理過程期間，當加熱時，該材料轉化酸(質子化)形式。在催化裂化條件和將姜油與催化組合物接觸下，姜油以類似於前面實施例中的方 法在脈衝反應器中進行裂化。大約一半的姜油裂化成為鏈烷烴和環烷。以環烷和一些鏈烷 烴為代價，更高的裂化溫度增加芳香族化合物的產生。因此，苯形成從在200-250°C下的零 增加至485°C下的大約5%。在200°C下烯烴達到裂化產物的1. 5%，而在更高溫度下檢測 不到烯烴。在任何裂化產物中沒有肯定地鑑定氧化物。圖7說明來自裂化倍半帖混合物的 方法的裂化產物的組成，在該實施例中，倍半帖為姜油。在300°C下裂化姜精油產生多種環 烷、鏈烷烴、二甲苯和苯衍生物。許多鏈烷烴是支鏈的並提供高的辛烷值。實施例8角鯊烯是示例性三萜。本文描述的方法被用於裂化角鯊烯。用於裂化角鯊烯的 LZY-72催化劑是與在前面花側柏烯和法呢烯實施例中使用的相同的銨交換形式。在500°C 下預處理過程期間，當加熱時該材料轉化酸(質子化)形式。裂化產物通過GC/MS進行分 析。由於寬範圍的裂化產物，特別是在較低溫度下，色譜傾向於非常複雜。對於該報告，只 有面積為該色譜上最大峰面積的至少的峰被分析。
裂化產物在圖8A中顯示，並且顯示類似於在前面裂化實施例中觀察到的那些產 物在較低溫度下更多環烷和在較高溫度下更多的芳香族化合物。另外，GC/MS結果顯示只 有在高溫(> 450°C )下才有可見量的苯，和可忽略不計量的氧化物和烯烴。裂化產物的辛烷值在圖8B中顯示，其表明該產物的平均混合辛烷值。在較高溫度 下的較高混合辛烷值表示產物的較高芳族濃度。在較低溫度下的較低辛烷值的較高濃度產 生於低辛烷值環狀化合物。實施例9植醇是在光合生物中經常發現的二萜。植醇可以是葉綠素的降解產物。圖9A顯示 鏈烷烴是植醇的主要的裂化產物，在所有溫度中平均為62%。環烷從200°C的24%減少至 490°C的大約1 %。裂化產物的芳族含量隨著溫度從所有產物的7%增加至42%。在490°C 下，苯和萘濃度分別達到所有產物的3%和2%。從裂化植醇中沒有鑑定到烯烴或氧化物。圖9B和9C分別顯示在鏈烷烴中的碳分布和支化程度。低的裂化溫度有利於C6-C8 鏈烷烴的產生，例如甲基戊烷和甲基庚烷，而較高溫度主要地產生甲基丁烷。通過裂化植醇 產生的多數鏈烷烴為單甲基，如在圖9C中顯示，雖然在200°C和490°C分別有一些形成正常 和二甲基鏈烷烴的趨勢。多數植醇裂化產物的混合辛烷值類似於源於法呢烯的那些。圖9D依照研究和馬 達混合辛烷值的平均對分子進行分組。在91+柱中的高辛烷值分子由芳族種類、甲基丁烷、 甲基環戊烷和甲基環己烷組成。實施例10用於裂化藻類植醇的LZY-72催化劑與在前面實施例中使用的銨交換形式相同。 裂化只在350°C的單個溫度進行，選擇該溫度是因為預期這些條件確保很少或沒有苯的產 生。裂化產物通過如在前面實施例中討論的GC/MS進行分析。然後，裂化植醇的組合物與 在Tulsa，Oklahoma的零售汽油站購買的87、89和91等級汽油樣品進行比較。在該實施例報導中研究六種樣品來源藻類的植醇的單脈衝的產物。植醇從藻類 提取並被稱為「藻類植醇提取物」；來源商用供應商(Sigma-Aldrich)的植醇的單脈衝的產 物，和被稱為「商用植醇」；商用植醇的多脈衝的產物，其被收集入大約l/2cc產物樣品並封 裝在玻璃瓶中，和被稱為「瓶裝商用植醇(商用植醇瓶)」;87辛烷值汽油樣品；89辛烷值汽 油樣品；和91辛烷值汽油樣品。與如本文描述的LZY-72催化劑接觸，植醇樣品在脈衝反應器中進行裂化。植醇的 裂化產物在圖10A中顯示，並且與汽油樣品的分解物進行比較。和零售汽油的樣品形成對 比，來自植醇的裂化產物顯示沒有C4烴。C5-C9鏈烷烴在植醇產物中比在零售汽油中高。 在植醇產物中觀察到較低濃度的甲苯、氧化物(汽油樣品包含5%的乙醇)和苯。350°C裂化植醇產物的辛烷值範圍與汽油樣品的比較在圖10B中顯示。瓶裝商用 植醇是唯一與其它樣品有顯著不同的樣品。它顯示低的91+辛烷值組分，主要是其較低的 乙醇、苯和甲苯濃度的結果。這有可能通過調整裂化溫度至450°C進行糾正。該瓶中較大的 樣品與單脈衝樣品的差異可能由於可以改變產物分布的催化劑失活。實施例11用於其它實施例的LZY-72催化劑與Ni部分離子交換以產生可以用於作為氫化裂 解催化劑的Ni/LZY-72。離子交換步驟如下10. 0g的LZY-72的銨形式在50g的水中調成
47漿，並加入醋酸Ni (II)四水合物。混合物在室溫下攪拌過夜，然後溶液濾出和固體在125°C 乾燥過夜。催化劑例如這些同時具有由於鎳的氫化活性和由於質子存在的裂化活性。對於 脈衝實驗，0. 5g的該催化劑被放置在脈衝反應器中，並且在其使用之前，在300°C下、氫氣 氣流中活化1小時。在250、300、350、400、450和500°C下，在氫氣氣流中使用25iU脈衝的 植醇進行氫化裂解。產物在液氮中捕獲(截留)，然後，在GC/MS系統中分析之前，使用甲醇 從阱中洗出。氫化裂解植醇的氫化裂解產物在圖11A中顯示。該產物的辛烷值在圖11B中 圖解說明。實施例12該實施例描述源於萜的燃料產品的大規模製備。簡單地說，使用管式反應器成功 地裂解角鯊烯以產生1. 37加侖的液體產物。從這個粗的液體產物，0. 95加侖的最輕的材料 被蒸餾並被送去ASTM汽油分析，該分析表明產物具有91. 5的辛烷值。在具有設置在通風廚中的大的加熱爐和管式反應器的裝置(設備)中進行裂化過 程。該裝置的簡明示意圖在圖12A中給出。三區加熱爐(three-zone furnace) 100包括包 括上區100和下區120——它們每個是6英寸長和600W——以及中區130，其是12英寸長 和1180W。獨立的熱電偶140、150和160分別測量每區溫度。2英尺長管式反應器170垂直 安裝在三區加熱爐100裡面。熱電偶180軸向插入管式反應器170的催化劑區190，測量在 催化劑床中心處的溫度。基於LabVIEW的控制程序使加熱爐處於等溫條件和使測量的催化 溫度處於設定點。同一程序也允許記錄包括流速、溫度和壓力在內的所有測量的系統參數。 ISC0泵200以恆定、可程控的速度分批進料多至500cc的液體進料205至反應器170。流 量控制氣體210——在該情況下為氮氣——可以被共同進料進入反應器170中。雖然大多 數的裂化實驗使用充入12g沸石0 (T-4546)壓出物(Slid Chemie)的1英寸0D管式反應 器；但是第一次使用500cc的角鯊烯反應物的三個實驗使用裝入大約57g沸石0 (T-4546) 的3/4英寸0D反應器進行。如在圖12A中顯示，液體和氣體流進入管式反應器170的底部， 並且當它們流過裝入玻璃珠(3mm直徑)的預加熱區220時進行混合。18英寸長的催化劑 床230位於玻璃珠床的上面，並且該兩個床通過金屬網240分開。離開頂部的反應器產物 流過維持在大約8°C的、捲曲的同心管熱交換器250。冷卻的產物離開熱交換器，穿過使瞬 時液體樣品被收集的閥裝置260 (稱為「管線樣品(line sample) 」)，然後它們進入冷卻分 離器270。未冷凝的氣體產物繼續到小流被流出的點，以到達進行氣體分析的微-GC280，然 後到反壓調節器(backpressure regulator) 290、溼度試驗(wet test)氣體流量計300和 出口 310上。該反壓調節器在整個實驗中設置為大約5psig。實施例的實驗通過用質量大約112g的新催化劑床裝入反應器開始。該反應器隨 後裝入加熱爐，並在氮氣流中，380-400°C下加熱過夜，以在反應之前乾燥該催化劑。第二天 早晨，500cc的角鯊烯裝入IS⑶泵，然後當使用1」0D反應器時，氮氣和角鯊烯流量分別設定 為2標準升/分鐘(SLM)和4CC/min，或者當使用3/4」 0D反應器時，氮氣和角鯊烯流量分 別設定為1SLM和2cc/mi。通常，對於第一個500cc的角鯊烯，反應溫度設定在380°C。對 於第二個500cc批次的角鯊烯，溫度升至430°C，以補償在第一個500cc實驗期間發生的催 化劑活性的損失。包括合適條件被建立的早期實驗在內，所有實驗用在300和450°C之間的 反應器溫度進行，除了兩個所有在380和450°C之間。收集儲蓄器(含有液體產物)被定期 地排放，和管線樣品被定期取走，並儘可能快地通過GC分析，以確保反應物的完全轉化。
當使用具有大約112g催化劑的1」直徑反應器時，一旦第二個500cc的角鯊烯已 經被處理(總的lOOOcc或者855g)，反應器被冷卻，並且催化劑被移出和替換。在具有57g 催化劑的3/4」直徑反應器上完成的3個實驗情況下，在500cc的角鯊烯已經被裂化後，改 變催化劑。需要說明的是，對於任何一個反應器，使用非常接近相同比例的處理的角鯊烯與 進料的催化劑。當催化劑進料從反應器中移走時，在微平衡系統中使用非常小的催化劑樣品以 測定焦炭含量，然後消耗催化劑的殘餘部分被放置在水平管式爐中，以通過在575°C下、 80/20Ar/02中燃燒4小時進行再生。燃燒的催化劑隨後在微平衡系統上進行正丙胺熱脫附 分析，以測量與沸石催化劑的結構完整性直接相關的催化劑質子含量。正丙胺熱脫附分析 的結果與未使用的催化劑比較，以確保催化劑仍然結構完好的和有催化活性的。在一個完 全的再生循環後，沒有檢測到對催化劑顯著的損害。然而，對於角鯊烯的所有實驗使用新的 催化劑而不是再生的。總計，8. 5L或大約7268g的角鯊烯被處理和1. 37加侖或大約4410g 的裂化液體產物被回收。進料的7268g的總的角鯊烯分解的總的產物在表4中給出。表4.總體的物料平衡. 根據微-GC，氣體產物的詳細分析隨著時間被整合以產生每種氣體產物的總量，並 共計給出氣體而不是冷凝產物的總重。收集的液體的總重記錄為4410g。測定焦炭為按消 耗催化劑重量計大約12%，因此，這對112g催化劑給出13. 44g，總計使用8. 5分開批次的 催化劑，焦炭生成114g。從7268g進料減去這些數產生508g的沒計算在內的。在圖12B中 最後的柱代表實際收集的總的產物百分比，並將在進一步分析中使用。沒有計算的材料最 可能轉到取樣步驟和充入液體管線。液體產物的模擬蒸餾表明58%的液體產物是汽油餾分(例如，小於220°C的沸 點)。因此，裂化的液體產物在ASTM測試之前進行蒸餾。收集用於ASTM分析的加侖的產物 要求沸騰產物上至275°C、大大超過220°C的汽油截止值，而這沒有預期到如模擬蒸餾表明 的更多的液體在汽油範圍中。然而，這樣做以收集一加侖作為測試要求的最小量。ASTM樣 品包含最接近於汽油沸騰範圍的3070g的裂化產物。1340g的液體太重不能夠參加剩下的 汽油測試，而被稱為「液體殘油」。ASTM測試顯示樣品的研究辛烷值是98. 5，而馬達辛烷值 是84. 6，其對於為在泵提供的通常辛烷值的0 +11)/2產生91.5的值。表5給出回收成為各 種餾分的角鯊烯的餾分。蒸汽組合物的詳細分析是進行的3個實驗的平均。詳細的液體組 合物源於合併的液體裂化產物的小樣品的GC/MS分析。表5.角鯊烯總的收率
49
圖12B說明在該實施例中，當在流動反應器中裂化角鯊烯時得到的組合物。氣體 產物的詳細分析在表6中說明。因為異丁烷和異戊烷分別具有122和100的混合研究辛 烷值，液體產物的辛烷值的合理估計可以為將被得到的計算值，如果表6中出現的異丁烷 和異戊烷的量被包括在液體產物中。研究辛烷值將為大約100. 8和馬達辛烷值為88. 8，產 生(R+M)/2 = 94.8。也需要說明的是，如果異丁烷(代表5. 02%的轉化的角鯊烯)和異 戊烷(代表2. 24%的轉化的角鯊烯)被回收和加入用於ASTM分析回收的樣品，收率將上 升7. 26%至角鯊烯的52. 67%，該角鯊烯被轉化為用於ASTM分析回收的樣品。如果氣相的 所有的C4+組分被回收和加回至用於ASTM分析回收的樣品，收率將增加22. 5個百分點至 67. 91%，並且由於C4和C5的混合辛烷值範圍為大約109至176，因此，可以實現辛烷值的 進一步顯著的提高，可能甚至超過100辛烷值。表6.詳細的氣體產物組成在樣品中被蒸餾以最小化重裂化產物的量後，ASTM樣品送去測試。測試的結果在 表7中給出，其也包括具有根據2004要求標準的柱。產物的許多性質滿足零售汽油的ASTM 標準。例如，研究辛烷值(RON)和馬達辛烷值(M0N)分別是96. 5和84. 6，對於(R+M)/2為 91. 5，所有的這些都滿足要求的汽油的91R0N和82M0N的最小值。表7中黑體字表明測試 樣品失敗。一般而言，ASTM樣品僅未能夠進行蒸餾曲線(distillation profile)相關的 實驗。這些失敗被預期的，因為在汽油沸點範圍之外的材料不得不被包括，以得到一加侖的 最小樣品體積。ASTM蒸餾結果顯示進行的蒸餾僅去除最高沸點組分(例如，蒽類)，但是留 下另外的重組分(例如，萘類和多取代的苯)。這導致260°C的終餾點，其被零售汽油允許 的最大值高35°C。可駕駛指標(drivability index)根據10、50和90%的樣品被回收的 溫度和當開始、空轉和駕駛時，燃料進行如何的表(gauge)計算。如預期的，樣品的可駕駛 指標超過容許的最大值，這是因為蒸餾曲線超過規定的沸點。該實施例說明用於ASTM測試 的來自角鯊烯的一加侖的液體產物。表7.角鯊烯裂化的汽油餾分的ASTM結果。黑體為失敗實驗
權利要求
裂化倍半萜的催化裂化方法，所述方法包括在催化裂化條件下將含有所述倍半帖的原料與催化組合物接觸。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述倍半萜是花側柏烯。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述方法包括產生含有重量百分比大於50%的甲 苯、小於2%的苯、小於20%的二甲苯和大於30%的環己烷類和環戊烷類的組合的混合物。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述倍半萜是法呢烯。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述方法包括產生含有重量百分比大於15%的甲 苯和大於10%的鏈烷烴的混合物。
6.根據權利要求4所述的方法，其中所述裂化條件包括加熱所述原料至大於350°C，和 其中所述方法包括生產含有重量百分比大於75%、辛烷值大於90的組分的混合物。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述混合物包括重量百分比大約15%至大約20% 的甲苯和大約10%至大約15%的鏈烷烴。
8.根據權利要求6所述的方法，其中所述混合物包括重量百分比大於50%的芳香烴。
9.裂化二萜的催化裂化方法，所述方法包括在催化裂化條件下將包含所述二萜的原料 與催化組合物接觸。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述二萜是植醇。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述方法包括生產含有重量百分比大於55%的 C5-C9鏈烷烴的混合物，其中多於按重量計70%的所述鏈烷烴類是單甲基鏈烷烴。
12.根據權利要求10所述的方法，其中所述裂化條件包括加熱所述原料至大於350°C， 和其中所述方法包括生產含有重量百分比大於75%、辛烷值大於90的組分的混合物。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述混合物包括重量百分比大於40%的甲基丁焼。
14.根據權利要求10所述的方法，其中所述方法包括生產含有重量百分比小於的 C4鏈烷烴的混合物。
15.裂化三萜的催化裂化方法，所述方法包括在催化裂化條件下將包含所述三萜的原 料與催化組合物接觸。
16.根據權利要求15所述的方法，其中所述三萜是角鯊烯。
17.裂化四萜的催化裂化方法，所述方法包括在催化裂化條件下將包含所述四萜的原 料與催化組合物接觸。
18.根據權利要求17所述的方法，其中所述四萜是胡蘿蔔素。
19.裂化至少包括三種萜的混合物的催化裂化方法，所述方法包括在催化裂化條件下 將包含含有至少三種萜的所述混合物的原料與催化組合物接觸。
20.根據權利要求19所述的方法，其中所述至少三種萜是倍半萜。
21.根據權利要求20所述的方法，其中所述原料包含姜油。
22.根據權利要求21所述的方法，其中所述方法生產含有重量百分比大於15%的環 烷、大於20%的鏈烷烴、大於5%的二甲苯和大於5%的甲苯的混合物。
23.根據權利要求19所述的方法，其中所述混合物包括至少三種不同大小的、選自以 下的萜單萜、倍半萜、二萜、三萜和四萜。
24.根據權利要求19所述的方法，其還包括從藻類中提取包括至少三種萜的所述混合物。
25.裂化來自藻類的油的催化裂化方法，所述方法包括從藻類提取油以形成包括萜 的原料；在催化裂化條件下將包括所述萜的所述原料與催化組合物接觸。
26.根據權利要求25所述的方法，其還包括在所述提取油之前，基因修飾所述藻類。
27.根據權利要求26所述的方法，其中基因修飾所述藻類與沒有基因修飾所述藻類相 比，產生增加量的所述萜。
28.根據權利要求25所述的方法，其還包括將來自藻類的所述油與燃料組分混合，然 後接觸所述原料。
29.根據權利要求28所述的方法，其中所述燃料組分選自以下化石燃料、石油、混合 燃料的混合物、汽油、柴油、噴氣式發動機燃料和它們的任何組合。
30.根據權利要求25所述的方法，其中所述萜是倍半萜。
31.根據權利要求30所述的方法，其中所述倍半萜是花側柏烯。
32.根據權利要求30所述的方法，其中所述倍半萜是法呢烯。
33.根據權利要求25所述的方法，其中所述萜是二萜。
34.根據權利要求33所述的方法，其中所述二萜是植醇。
35.根據權利要求25所述的方法，其中所述萜是三萜。
36.根據權利要求35所述的方法，其中所述三萜是角鯊烯。
37.根據權利要求25所述的方法，其中所述萜是四萜。
38.根據權利要求37所述的方法，其中所述四萜是胡蘿蔔素。
39.根據權利要求0、0、0、0、0或0所述的方法，其中所述裂化條件包括加熱所述原料至 大約100-1000°C之間。
40.根據權利要求39所述的方法，其中所述催化裂化條件包括加熱所述原料至大約 180和580°C之間的溫度。
41.根據權利要求40所述的方法，其中所述催化裂化條件包括加熱所述原料至大約 200和400°C之間的溫度。
42.根據權利要求41所述的方法，其中所述催化裂化條件包括加熱所述原料至大約 350和400°C之間的溫度。
43.根據權利要求0、0、0、0、0或0所述的方法，其中所述催化組合物包括分子篩。
44.根據權利要求43所述的方法，其中所述分子篩是具有大於6埃的孔徑大小的大孔 分子篩。
45.根據權利要求44所述的方法，其中所述大孔分子篩具有10-15埃的籠直徑。
46.根據權利要求44所述的方法，其中所述大孔分子篩是12-環沸石。
47.根據權利要求44所述的方法，其中所述大孔分子篩是0、L或Y-型沸石。
48.根據權利要求44所述的方法，其中所述大孔分子篩是LZY-72、Valfor CPS11BL-25、ELZ-L 或 T-4546。
49.根據權利要求43所述的方法，其中所述分子篩是10-環沸石。
50.根據權利要求43所述的方法，其中所述分子篩是ZSM-5沸石。
51.根據權利要求43所述的方法，其中所述催化組合物還包括第二分子篩。
52.根據權利要求51所述的方法，其中所述第二分子篩不同於所述分子篩的大小。
53.精煉方法，其包括在流動反應器中裂化含有角鯊烯的原料；蒸餾裂化產物；和得 到具有大約85至125之間辛烷值的燃料產品。
54.根據權利要求53所述的方法，其中所述辛烷值大於90。
55.製造燃料產品的方法，其包括從基因修飾的無維管光合生物得到原料；和在催化 裂化條件下將所述原料與催化組合物接觸，由此製造燃料產品，其中所述催化組合物包括 具有大於6埃孔徑大小的大孔分子篩。
56.根據權利要求55所述的方法，其中所述裂化在高至420°C溫度下進行。
57.根據權利要求55所述的方法，其中所述催化組合物是12環沸石。
58.根據權利要求55所述的方法，其中所述燃料產品具有大約85至125之間辛烷值。
59.根據權利要求55所述的方法，其中所述燃料產品具有大於90的辛烷值。
60.根據權利要求55所述的方法，其還包括將燃料組分加至所述燃料產品，其中所述 燃料組分是乙醇、噴氣式發動機燃料、柴油、生物柴油或汽油。
61.根據權利要求55所述的方法，其還包括將燃料添加劑加至所述燃料產品。
62.組合物，其包括從藻類提取的油和催化裂化組合物。
63.組合物，其包括萜和催化裂化組合物。
64.根據權利要求63所述的組合物，其中所述萜選自以下單萜、倍半萜、二萜、三萜、 四萜、花側柏烯、法呢烯、角鯊烯、姜油烯和胡蘿蔔素。
65.組合物，其包括姜油和催化裂化組合物。
66.組合物，其包括植醇和催化裂化組合物。
67.根據權利要求62、63、65或66所述的組合物，其中所述催化裂化組合物是分子篩。
68.根據權利要求67所述的組合物，其中所述分子篩是具有大於6埃孔徑大小的大孔 分子篩。
69.根據權利要求68所述的組合物，其中所述大孔分子篩具有10-15埃的籠直徑。
70.根據權利要求68所述的組合物，其中所述大孔分子篩是12-環沸石。
71.根據權利要求68所述的組合物，其中所述大孔分子篩是0、L或Y-型沸石。
72.根據權利要求68所述的組合物，其中所述大孔分子篩是LZY-72、Valfor CP811BL-25、ELZ-L 或 T-4546。
73.根據權利要求67所述的組合物，其中所述分子篩是10-環沸石。
74.根據權利要求67所述的組合物，其中所述分子篩是ZSM-5沸石。
全文摘要
本文描述轉化包括烴的原料為包括輕質烴產物的組合物的方法。也描述產生和精煉包括可以適合作為燃料產品的、來自生物質的萜的組合物的過程和方法。
文檔編號C10G11/00GK101855320SQ200880107392
公開日2010年10月6日 申請日期2008年9月17日 優先權日2007年9月18日
發明者A·阿拉瓦尼斯, D·克倫克萊頓, G·普賴斯, J·派爾 申請人:藍寶石能源公司;塔爾薩大學