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US008304566B2

( 1 2 ) Ulllted States Patent ( 1 0 ) P a t e n t N 0 . : U S 8 , 3 0 4 , 5 6 6 B2C a n t i z a n i ( 4 5 ) Date o f P a t e n t : Nov. 6 , 2012

( 5 4 ) P R O C E S S E S AN D APPARATUS FOR 3 , 8 3 2 , E f g u n e t a l l_ , , uXemt aSMALL SCALE IN SITU BIODIESEL 7 , 1 1 2 , 2 2 9 B2 900% K h a l i l e t a 1

PRODUCTION 7 , 3 6 0 , 7 5 5 B2 4 / 2 0 0 8 Hudson t a 1 .2003/0032826 A1 2 / 2 0 0 3 Hanna

( 7 6 ) I n v e n t o r : Antonio C a n t i z a n i , Sa o P a u l o (BR) 2 0 0 3 / 0 2 2 9 2 3 8 A1 1 2 / 2 0 0 3 F l e i s h e r2 0 0 5 / 0 0 2 7 1 3 7 A1 2 / 2 0 0 5 H o o k e r( * ) N o t i c e : S u b j e c t t o any d i s c l a i m e r , t h e term of h i s * i l a j s t i l " " " " " " " " " " 5 5 4 / 1 7 4

patent is extended or adjusted under 3 5 _ 'U . S . C . 1 5 4 ( 1 ) ) b y 0 d a y s . ( C o m m u e d )( 2 1 ) Appl NO 13/416 39 5 FOREIGNPATENT DOCUMENTS

. .. ,

CN 1900223 A * 1/2007( 2 2 ) F i l e d : M a r . 9 , 2 0 1 2 ( C o n t i n u e d )( 6 5 ) P r i o r P u b l i c a t i o n Data OTHER UBLICATIONS

US 012/0167648 A1 J u l . 5 , 2012 D E 1 0 2 0 0 6 0 4 7 5 8 0 A 1 , K o e r b e r , H . e t a l . , E n g l i s h A b s t r a c t , 2 p a g e s . *I n t C l - ( C o n t i n u e d )C11C /00 (2006.01) . . .( 5 2 ) us . C l . . . . . . . . . 5 5 4 / 1 6 9 ; 5 5 4 / 1 2 4 ; 5 5 4 / 1 7 4 ; 5 5 4 / 1 6 7 ; Pnmar y EmmmerTYateK mhff .5 5 4 / 1 6 8 ; 554/170 ( 7 4 ) A t t o r n e y , A g e n t , o r Fzrm * r oWn & i c h a e l s , PC

( 5 8 ) Field of ~ C l a s s i ? c a t i o n Sea rch . . . . . . . . . . . . . . . : . . . . . . . . None ( 5 7 ) ABSTRACTSe e a p p l i c a t i o n ? l e f o r complete s e a r c h h i s t o r y . _ _P r o c e s s e s a n d a p p a r a t u s p r o d u c e e c o n o m ic a l l y f e a s i b l e( 5 6 ) R e f e r e n c e s C i t e d b i o d i e s e l W i t h o u t s u b s i d i e s . T o W a r d h a t e n d , i n t e g r a t e d s m a l l

2 , 3 8 3 , 5 7 92 , 4 9 4 , 3 6 62 , 5 5 1 , 2 5 43 , 4 2 8 , 6 6 04 , 1 6 4 , 5 0 64 , 6 9 5 , 4 1 14 , 9 0 1 , 6 3 55 , 1 8 8 , 0 9 05 , 3 8 5 , 2 9 85 , 5 7 8 , 0 9 06 , 0 1 5 , 4 4 06 , 4 4 0 , 0 5 76 , 6 2 7 , 7 8 46 , 7 6 8 , 0 1 56 , 9 6 5 , 0 4 4

8 / 1 9 4 51 0 / 1 9 5 05 / 1 9 5 12 / 1 9 6 98 / 1 9 7 99 / 1 9 8 72 / 1 9 9 02 / 1 9 9 31 / 1 9 9 5

* 1 1 / 1 9 9 61 / 2 0 0 08 / 2 0 0 29 / 2 0 0 37 / 2 0 0 4

1 1 / 2 0 0 5

U . S . PATENT DOCUMENTSA l l e n e t a 1 .S p r u l e s e t a 1 .D u n n i n gMorrenKawahara t a 1 .S t e r n e t a 1 .W i l l i a m sG r i g g sG r i g g sBradin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 44/308N o u r e d d i n iE r g u n e t a 1 .H u ds o n e t a 1 .LuXem t a 1 .Hammond t a 1 .

p l a n t s p r o c e s s m a t e r i a l s c o n t a i n i n g l i p i d s W i t h a n h y d r o u sb i o e t h a n o l a s s o l v e n t and r e a c t a n t , and s u l f u r i c a c i d andp o t a s s i u m h y d r o x i d e m a i n l y a s c a t a l y s t s t o p r o d u c e u p t o 3m i l l i o n g a l l o n s o f b i o d i e s e l p e r p l a n t p e r y e a r . The r o d u c t i sp r e d o m i n a n t l y f a t t y a c i d s e t h y l e s t e r s ( F A E E ) a n d a c h e m ic a l l y - e n h a n c e d o r g a n i c f e r t i l i z e r a s b y p r o d u c t . The raW mater i a l m ay n c l u d e a Wide a r i e t y o f o n - e d i b l e s o l i d m a t t e r t h a tc o n t a i n s l i p i d s , W h i c h n o r m a l l y h a v e f r o m 0.5% o 80% b yW e i g h t o f f r e e f a t t y a c i d s i n t o t a l o i l s . M u l t i p l e a p p a r a t u smakes h i s p r o c e s s f e a s i b l e . I n a d d i t i o n t o n o t competing i t hf o o d p r o d u c t i o n , s i n c e t h e y s u p p l y f e r t i l i Z e r f o r s m a l l s c a l ef a r m e r s , t h e p r o c e s s e s a n d a p p a r a t u s a l l o W s u s t a i n a b l e l i q u idf u e l p r o d u c t i o n .

1 1 C l a i m s , 1 1 Drawing S h e e t s

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US 8 , 3 0 4 , 5 6 6 B2P a g e 2

US . PATENT DOCUMENTS2006/0288636 A1 1 2 / 2 0 0 6 I i j i m a e t a l .2 0 0 7 / 0 0 1 0 6 8 1 A1 1 / 2 0 0 7 D a l l A g n o l e t a l .2007/0175092 A1 8 / 2 0 0 7 A m e s2007/0196250 A1 8/2007 Leveson e t a l .

FOREIGN PATENTDOCUMENTSDE 102006047580 A1 * 3/2008GB 2078542 A 1 / 1 9 8 2OTHERPUBLICATIONS

CN 9 0 0 2 2 3 A , Y u a n Z , e t a l . , E n g l i s h t r a n s l a t i o n , 8 p a g e s . *N a u g h t o n , F . C . , C a s t o r 0 1 1 , J u l . 2 0 1 , K i r k - O t h m e r E n c y c l o p e d i a o fC h e m i c a l T e c h n o l og y , 2 1 p a g e s i n c l u d i n g c o v e r . *C a s a n a v e , D . , e t a l . , D i e s e l f u e l s f r o m b i o m a s s , 2 0 0 7 , P u r e A p p l .C h e m . , v o l . 7 9 , N o . 1 1 , p p . 2 0 7 1 - 2 0 8 1 . *M. E. P o r t e r , 1 9 9 6 . What s S t r a t e g y ? H a r v a r d B u s i n e s s R e v i e w ,Nov/Dec. 1 9 9 6 , p p . 6 1 - 7 8 . S e e m a i n l y t h e u n d e r l i n e d p a r t s a n d?gure on . 7 3 .M. . H a a s e t a l . , 2 0 0 0 , S i m p l e , H i g h - E f ? c i e n c y S y n t h e s i s o f F a t t yA c i d M e t h y l E s t e r s f r o m S o a p s t o c k , JAOCS ( J o u r n a l o f t h e Americ a n O i l C h e m i s t s S o c i e t y ) , v o l . 7 7 , N o . 4 , p p . 3 7 3 - 3 7 9 . S e e m a i n l yt h e u n d e r l i n e d p a r t s .S . O z g u l e t a l . , 1 9 9 3 . I n s i t u E s t e r i ? c a t i o n o f R i c e B r a n 0 1 1 w i t hM e t h a n o l and E t h a n o l . JAOCS, v o l . 7 0 , N o . 2 , p p . 1 4 5 - 1 4 7 . S e em a i n l y t h e u n d e r l i n e d p a r t s .E. T . Champagne e t a l . , 1 9 9 2 . U t i l i z i n g E t h a n o l t o P r o d u c e S t a b il i Z e d Br own R i c e P r o d u c t s . JAOCS, v o l . 6 9 , p p . 2 0 5 - 2 0 8 . S e em a i n l y t h e u n d e r l i n e d p a r t s a n d ? g u r e s 3 , 4 a n d 5 .S . O z g u l e t a l . , 2 0 0 3 , FA M o n o a l k y l e s t e r s f r o m R i c e B r a n Oi l by nS i t u E s t e r i ? c a t i o n . JAOCS, o l . 8 0 , N o . 1 , p p . 8 1 - 8 4 . S e e m a i n l y t h eu n d e r l i n e d p a r t s a n d T a b l e 3 .V . B . V e l j k o v i c e t a l . , 2 0 0 6 . B i o d i e s e l p r o d u c t i o n f r o m t o b a c c o( N i c o t i a n a t a b a c u m L . ) s e e d o i l w i t h a h i g h c o n t e n t o f f r e e f a t t ya c i d s . F u e l 8 5 ( 2 0 0 6 ) p p . 2 6 7 1 - 2 6 7 5 . S e e m a i n l y t h e A b s t r a c t ,? g u r e s 1 a n d 2 a n d t h e u n d e r l i n e d p a r t s .N . A . Khan e t a l . , 1 9 5 3 . The C o m p o s i t i o n o f C o f f e e O i l and i t sComponent F a t t y A c i d s . JAOCS, D e c . 1 9 5 3 , p p . 6 0 6 - 6 0 9 . S e emainly T a b l e I I I and h e S u m m a r y on . 6 0 9 .A . S . Ramadhas t a l . , 2 0 0 5 . B i o d ie s e l p r o d u c t i o n f r o m h i g h F FAr u b b e r s e e d o i l . F u e l ( 2 0 0 5 ) , p p . 3 3 5 - 3 4 0 . S e e m a i n l y t h e A b s t r a c t ,? g u r e s 1 , 3 a n d 4 a n d t h e u n d e r l i n e d p a r t s .Y . C h i s t i , 2 0 0 7 . B i o d i e s e l f r o m m i c r o a l g a e . B i o t e c h n o l o g yA d v a n c e s 2 5 ( 2 0 0 7 ) p p . 2 9 4 - 3 0 6 . S e e m a i n l y t h e A b s t r a c t , t h e Co nc l u s i o n and h e R e f e r e n c e s .H . Ozgunay e t a l . , 2 0 0 7 . P e r f o r m a n c e a n d e m i s s i o n s t u d y o fb i o d i e s e l l e a t h e r i n d u s t r y p r e - ? e s h i n g s . W a s t e Management 2 7( 2 0 0 7 ) , p p . 1 8 9 7 - 1 9 0 1 . S e e m a i n l y t h e R e s u l t s a n d t h e D i s c u s s i o nand a l s o T a b l e 1 and h e u n d e r l i n e d p a r t s .EBBiEuropean B i o d i e s e l B o a r d , S t a t i s t i c s , T h e EU b i o d i e s e li n d u s t r y , on t h e f o l l o w i n g s i t e a c c e s s e d on O c t . 2 1 , 2007 www.ebbe u . o r g / s t a t s p h p . S e e t h e s t a t i s t i c s .B i o d i e s e l , The O f ? c i a l S i t e o f t h e N a t i o n a l B i o d i e s e l B o a r d ,B i o d i e s e l P r o d u c t i o n E s t i m a t e G r a p h , on t h e f o l l o w i n g s i t e www.b i o d i e s e l . o r g , a c c e s s e d o n O c t . 2 1 , 2 0 0 7 . S e e m a i n l y t h e ? g u r e s a n dt h e u n d e r l i n e d p a r t s .S . F r i e d r i c h , 2 0 0 4 , A World Wide Review o f t h e Commercial P r od u c t i o n o f B i o d i e s e l i A t e c h n o l o g i c a l , e c o n o m i c a n d e c o l o g i c a li n v e s t i g a t i o n based on c a s e s t u d i e s . I n s t i t u f u r T e c h n o l o g i e andN a c h h a l t i g e s P r o d u k t M a n a g e m e n t d e r W i r t s c h a f t s u n i v e r s i t a t ,A-1090 W i e n , A u g a s s e 2 - 6 , A u s t r i a . S e e a l l p a p e r .M. M. AZam t a l . , 2 0 0 5 P r o s p e c t s a n d o t e n t i a l o f a t t y a c i d s m e t h y le s t e r s of s o m e o n - t r a d i t i o n a l seed i l s f o r us e a s b i o d i e s e l i n I n d i a .B i o m a s s a n d B i o e n e r g y 2 9 ( 2 0 0 5 ) , p p . 2 9 3 - 3 0 2 . S e e m a i n l y t h eu n d e r l i n e d p a r t s a n d T a b l e 1 .A . D e m i r b a s , 2 0 0 3 . B i o d i e s e l f u e l s f r o m v e g e t a b l e o i l s v i a c a t a l y t i ca n d n o n - c a t a l y t i c s u p e r c r i t i c a l a l c o h o l t r a n s e s t e r i ? ca t i o n a n d o t h e rm e t h o d s : a s u r v e y . E n e r g y C o n v e r s i o n a n d Management 4 ( 2 0 0 3 ) ,p p . 2 0 9 3 2 1 0 9 . S e e m a i n l y t h e A b s t r a c t , T a b l e 3 , t h e C o n c l u s i o n s andt h e u n d e r l i n e d p a r t s .

M. D i S e r i o e t a l . , 2 0 0 5 . S y n t h e s i s o f b i o d i e s e l v i a homogenousL e w i s a c i d c a t a l y s t . J o u r n a l o f M o l e c u l a r C a t a l y s i s : C h e m i c a l 2 3 9( 2 0 0 5 ) , p p . 1 1 1 - 1 1 5 . S e e m a i n l y t h e u n d e r l i n e d p a r t s a n d ? g u r e s 2and .H . S . Ginwat e t a l . , 2 0 0 5 . S e e d s o u r c e v a r i a t i o n i n g r o w t h p e r f o rmance and o i l y i e l d o f J a t r o p h a c u r c a s in C e n t r a l I n d i a . S i l v a eG e n e t i c a , 2 0 0 4 p u b l i s h e d 2 0 0 5 ( v o l . 5 3 ) , ( N o . 4 ) , p p . 1 8 6 - 1 9 2 . S e em a i n l y t h e A b s t r a c t a n d t h e D i s c u s s i o n .R . J . H r o n , S r e t a l . , 1 9 8 4 . An Acqueous E t h a n o l E x t r a c t i o n P r o c e s sf o r C o t t o n s e e d O i l . JAOCS, v o l . 6 1 , N o . 9 , p p . 1 4 5 7 - 1 4 6 0 . S e em a i n l y t h e u n d e r l i n e d p a r t s a n d F i g . 1 .L . A . J o h n s o n e t a l . , 1 9 8 3 . Comparison o f A l t e r n a t i v e S o v e n t s f o rO i l s E x t r a c t i o n JAOCS, o l . 6 0 , N o . 2 , p p . 2 2 9 - 2 4 2 . S e e m a i n l y t h eu n d e r l i n e d p a r t s .J . Lu t a l . , 2 0 0 2 . N e a r c r i t i c a l and s u p e r c r i t i c a l e t h a n o l a s a b e n i g ns o l v e n t : p o l a r i t y a n d h y d r o e n - b o n d i n g . F l u i d P h a s e E q u i l i b r i a 1 9 8( 2 0 0 2 ) , p p . 3 7 - 4 9 . S e e m a i n l y t h e u n d e r l i n e d p a r t s a n d ? g u r e s 7 , 8and .G . K i l d i r a n e t a l . , 1 9 9 6 . I n - s i t u A l c o h o l y s i s o f S o y b e a n O i l .JAOCS, o l . 7 3 , N o . 2 , p p . 2 2 5 - 2 2 8 . S e e m a i n l y t h e u n d e r l i n e d p a r t sand T a b l e s 2 and .K . J . H a r r i n g t o n e t a l . , 1 9 8 5 . A C o m p a r i s i o n o f C o n v e n t i o n a l and ns i t u Methods o f T r a n s e s t e r i ? c a t i o n o f Seed o i l f r o m a S e r i e s ofSun?ower C u l t i v a r s JAOCS, v o l . 6 2 , N o . 6 , p p . 1 0 0 9 - 1 0 1 3 . S e em a i n l y t h e u n d e r l i n e d p a r t s .K . J . H a r r i n g t o n e t a l . , 1 9 8 5 . T r a n s e s t e r i ? ca t i o n i n S i t u o f Sun?owerS e e d O i l . I n d . E n g . Chem. P r o d . R e s . D e v . 1 9 8 5 , 2 4 , p p . 3 1 4 - 3 1 8 .S e e m a i n l y t h e u n d e r l i n e d p a r t s and Schemes I a n d I I I .S . S i l e r - M a r i n k o v i c e t a l . , 1 9 9 8 . T r a n s e s t e r i ? c a t i o n o f sun?ower i li n s i t u . F u e l , v o l . 7 7 , N o . 1 2 , p p . 1 3 8 9 - 1 3 9 1 . S e e m a i n l y t h e u n d e rl i n e d p a r t s and T a b l e s 1 and .P . C a n c a l o n , 1 9 7 1 . C h e m i c a l C o m p o s i t i o n o f Sun?ower S e e dH u l l s . JAOCS, o l . 4 8 , O c t o b e r , p p . 6 2 9 - 6 3 2 . S e e m a i n l y t h e u n d e rl i n e d p a r t s a n d T a b l e s I a n d I I .T . P . H e n s a r l i n g e t a l . , 1 9 7 4 . E x t r a c t i o n o f L i p i d s f r o m C o t t o n s e e dT i s s u e : IV Us e o f H e x a n e - A c e t i c A c i d . JAOCS, o l . 5 1 , A p r i l , p p .1 6 6 - 1 6 8 . S e e m a i n l y t h e u n d e r l i n e d p a r t s .T . P . H e n s a r l i n g e t a l . , 1 9 8 3 . S o l v e n t E x t r a c t i o n o f L i p i d s f r o mS o y b e a n s w i t h A c i d i c H e x a n e . JAOCS, o l . 6 0 , N o . 4 , p p . 7 8 3 - 7 8 4 .S e e m a i n l y t h e u n d e r l i n e d p a r t s a n d T a b l e I .E. L o t e r o e t a l . , 2 0 0 5 . S y n t h e s i s o f B i o d i e s e l v i a A c i d C a t a l y s i s .I n d . E n g . Chem. R e s . v o l . 4 4 , p p . 5 3 5 3 - 5 3 6 3. S e e m a i n l y t h e u n d e rl i n e d p a r t s .G . V i c e n t e e t a l . , 2 0 0 4 . I n t e g r a t e d b i od i e se l p r o d u c t i o n : a c o m p a r is o n o f d i f f e r e n t homogenous c a t a l y s t s s y s t e m s . B i o r e s o u r c e T e c hn o l o g y , v o l . 9 2 , p p . 2 9 7 - 3 0 5 . S e e m a i n l y t h e u n d e r l i n e d a r t s a n d F i g .3 .A . C a n t i s a n i , 2 0 0 6 . T e c h n o l o g i c a l i n n o v a t i o n p r o c e s s e s r e v i s i t e d .T e c h n o v a t i o n , 2 6 , p p . 1 2 9 4 - 1 3 0 1 . S e e m a i n l y i t e m s 1 , 4 a n d 6 .R . K . R ao e t a l . , 1 9 5 8 . A l c o h o l i c E x t r a c t i o n o f V e g e t a b l e O i l s . V .P i l o t P l a n t E x t r a c t i o n o f C o t t o n s e e d by A q u e o u s E t h a n o l . JAOCS,v o l . 3 5 , J u n e , p p . 2 7 7 - 2 8 1 . S e e m a i n l y t h e u n d e r l i n e d a r t s , F i g . 6 a n dT a b l e s I I an d I I .R . J . H r o n , S r e t a l . , 1 9 9 2 . A c i d i c E t h a n o l E x t r a c t i o n o f C o t t o n s e e d .JAOCS, o l . 6 9 , N o . 9 , p p . 9 5 1 - 9 5 2 . S e e m a i n l y t h e u n d e r l i n e d p a r t s .H . J . Berchmans e t a l . , 2 0 0 7 . B i o d i e s e l p r o d u c t i o n from c r u d eJ a t r o p h a c u r ca s L . s e e d o i l w i t h h i g h c o n t e n t o f f r e e f a t t y a c i d s .B i o r e s o u r c e T e c h n o l o g y , d o i : 1 0 . 1 0 1 6 / j . b i o r t e c h . 2 0 0 7 . 0 3 / 0 5 1 . S e em a i n l y t h e u n d e r l i n e d p a r t s a n d F i g . 3 .S . Chongkhong t a l . , 2 0 0 7 . B i o d i e s e l p r o d u c t i o n by s t e r i ? c a t i o no f f a t t y a c i d d i s t i l l a t e . B i o m a s s a n d B i o e n e r g y , d o i : 1 0 . 1 0 1 6 / j .b i o m b i o e . 2 0 0 7 . 0 3 . 0 0 1 . S e e m a i n l y t h e u n d e r l i n e d p a r t s a n d ? g u r e s1 , 3 and .Y . Zhang t a l , 2 0 0 3 . B i o d i e s e l p r o d u c t i o n f r o m w a s t e c o o k i n g o i l :1 . P r o c e s s d e s i g n a n d t e c h n o l o g i c a l a s s e s s m e n t . B i o r e s o u r c e T e c hn o l o g y , 8 9 , ( 2 0 0 3 ) , p p . 1 - 1 6 . S e e m a i n l y t h e u n d e r l i n e d p a r t s , T a b l e1 , T a b l e 2 and h e C o n c l u s i o n .M. B e r r i o s e t a l . , 2 0 0 7 . A k i n e t i c s t u d y o f t h e e s t e r i ? c a t i o n o f f r e ef a t t y a c i d s ( F F A ) i n s u n ? o w e r o i l . F u e l ( 2 0 0 7 ) , d o i : 1 0 . 1 0 1 6 / j . f u e 1 .2 0 0 7 . 0 2 . 0 0 2 . S e e m a i n l y t h e u n d e r l i n e d p a r t s a n d F i g . 6 .B . Freedman t a l . , 1 9 8 4 . F a c t s A f f e c t i n g t h e Y i e l d s o f F a t t y E s t e r sf r o m T r a n s e s t e r i ? e d V e g e t a b l e O i l s JAOCS, v o l . 6 1 , N o . 1 0 , p p .1 6 3 8 - 1 6 4 3 . S e e m a i n l y t h e u n d e r l i n e d p a r t s a n d ? g u r e s 1 a n d 8 .

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3/40

US 8 , 3 0 4 , 5 6 6 B2P a g e 3

H . N o u r e d d i n i e t a l . , 1 9 9 7 . K i n e t i c s o f T r a n s e s t e r i ? c a t i o n o f So yb e a n O i l . JAOCS, v o l . 7 4 , N o . 1 1 , p p . 1 4 5 7 - 1 4 6 3 . S e e m a i n l y t h eu n d e r l i n e d p a r t s a n d ? g u r e s 2 a n d 4 .D arnoko t a l . , 2 0 0 0 . K i n e t i c s o f Palm O i l T r a n s e s t e r i ? c a t i o n i n aB a t c h R e a c t o r . JAOCS, o l . 7 7 , N o . 1 2 , p p . 1 2 6 3 - 1 2 6 7 . S e e m a i n l yt h e u n d e r l i n e d p a r t s , ? g u r e s 1 , 3 , 4 a n d 6 .D . G . B . Boocock t a l . , 1 9 9 8 . F a s t F o r m a t i o n o f H i g h - P u r i t y M e t h y lE s t e r s f r o m V e g e t a b l e O i l s . JAOCS, o l . 7 5 , N o . 9 , p p . 1 1 6 7 - 1 1 7 2 .S e e m a i n l y t h e u n d e r l i n e d p a r t s , F i g s . 2 a n d 4 .R . K . R ao t a l . , 1 9 5 5 / 1 9 5 7 . A l c o h o l i c E x t r a c t i o n o f V e g e t a b l e O i l s .1 . S o l u b i l i t i e s o f C o t t o n s e e d , P e a n u t , S e s a m e a n d S o y b e a n i n Aqueo u s E t h a n o l . JAOCS, o l . 3 2 , J u l y , p p . 4 2 0 - 4 2 3 ; H . S o l u b i l i t i e s o fC o r n , L i n s e e d a n d T u n g O i l s i n A q u e o u s E t h a n o l . JAOCS, o l . 3 3 ,F e b r u a r y , p p . 8 2 - 8 4 ; 1 1 1 . S o l u b i l i t i e s o f B a b a s s u, C o c o n u t , O l i v e ,P a l m , R a p e s e e d a n d S u n ? o w e r O i l s i n A q u e o u s E t h a n o l , J A O C S ,v o l . 3 3 , S e p t e m b e r , p p . 3 8 9 - 3 9 1 ; S o l u b i l i t y o f L a r d i n A q u e o u sE t h a n o l , J A O C S , v o l . 3 4 , D e c e m b e r , 3 8 9 - 3 9 1 . F i g u r e s .

G. A b ra h a m t a 1 , 1 9 9 3 . Water Accumulation n t h e Alcohol E x t r a ct i o n o f C o t t o n s e e d . JAOCS, o l . 7 0 , N o . 2 , p p . 2 0 7 - 2 0 8 . S e e m a i n l yt h e u n d e r l i n e d p a r t s a n d ? g u r e s 1 , 2 a n d 3 .J . W. D u n n i n g , 1 9 5 6 . U n i t O p e r a t i o n s in a M e c h a n i c a l E x t r a c t i o nM i l l . JAOCS, o l . 3 3 , O c t o b e r , p p . 4 6 2 - 4 7 0 . S e e m a i n l y t h e u n d e rl i n e d p a r t s a n d t h e ? g u r e s . H y d r o D y n a m i c s , I n c . iThe S o l u t i o n Company, f r o m WWW.h d r o d y n a m i c s . c o m , a c c e s s e d D e c . 2 0 0 7 . S e e m a i n l y t h e u n d e r l i n e dp a r t s a n d t h e b i o d i e s e l a p p l i c a t i o n .M. . K e l k a r e t a l . , 2 0 0 7 . I n t e n s i ? c a t i o n o f e s t e r i ? c a t i o n o f c i d s f o rs y n t h e s i s o f i o d i e s e l u s i n g a c o u s t i c a n d h y d r o d y n a m i c c a v i t a t i o n . U l t r a s o n i c s S o n o c h e m i s t r y , d o i : 1 0 . 1 0 1 6 / j . u l t r a s o n c h 2 0 0 7 . S e em a i n l y t h e u n d e r l i n e d p a r t s a n d t h e ? g u r e s .T . I c h i k a W a . 2 0 0 7 . E l e c t r i c a l d e m u l s i ? c a t i o n o f o i l - i n - W a t e r emuls i o n . C o l l o i d s a n d S u r f a c e s : P h y s i c o c h e m . E n g . A s p e c t s 3 0 2( 2 0 0 7 ) , p p . 5 8 1 - 5 8 6 . S e e m a i n l y t h e u n d e r l i n e d p a r t s a n d ? g u r e s 5and .* c i t e d b y examiner

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4/40

US. Patent N o v . 6 , 2 0 1 2 S h e e t 1 0 f 1 1 US , 3 0 4 , 5 6 6 B2

f 5'..( f

1 % ; xx q ;a , E

..m M.4N'M. . . .~~M"Mi

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5/40

US. Patent N . 6 , 2 0 1 2 S h e e t 2 0 f 1 1 US , 3 0 4 , 5 6 6 B2

. :. 2 .

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6/40

U . Patent N o v . 6 , 2 0 1 2 S h e e t 3 0 f 1 1 US , 3 0 4 , 5 6 6 B2

.w ,

g a s / $ 5 5 5 5 5 4 ?S

Hmw m

2 2 2 . 2 2 8 . 2 2 . 2 2 2 ? E. . , . . . . . , / . - i . . . . . , . . . . . .LMWWMMM_. . . . . . . . . . . . . . . . ,

7/27/2019 Us 8304566

7/40


i

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8/40


w w w m W E M .w g m

w w m g m x wa w u m w

ww wm m

3 1 . . . :3 . 4

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9/40

US. Patent N . 6 , 2 0 1 2 S h e e t 6 0 f 1 1 US , 3 0 4 , 5 6 6 B2

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. w . .

7/27/2019 Us 8304566

10/40


M S

$ 135.

am a .

E

m mM E W 38

.i g m a .

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11/40


m m

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12/40


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13/40

US. Patent N o v . 6 , 2 0 1 2 S h e e t 1 0 0 f 1 1 US , 3 0 4 , 5 6 6 B2

w mw mr

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14/40

US. Patent N o v . 6 , 2 0 1 2 S h e e t 1 1 0 f 1 1 US , 3 0 4 , 5 6 6 B2

m g

1 4 %a g3. .

aE

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15/40

US 8 , 3 0 4 , 5 6 6 B21

PROCESSESANDAPPARATUSFORSMALL-SCALE N SITU BIODIESEL

PRODUCTIONBACKGROUND OFTHEINVENTION

1 . F i e l d o f t h e I n v e n t i o nThe i n v e n t i o n p e r t a i n s t o t h e ? e l d o f b i o d i e s e l . More p a rt i c u l a r l y , t h e i n v e n t i o n p e r t a i n s t o p r o c e s s e s a n d a p p a r a t u s f o r

s m a l l - s c a l e i n s i t u b i o di e s e l p r o d u c t i o n .2 . D e s c r i p t i o n o f R e l a t e A r tB i o d i e s e l , a c c o r d i n g t o ASTM n t e r n a t i o n a l ( W e s t Co n

s h o h o c k e n , P a . , U S ) , i s t h e mono a l k y l e s t e r s o f l o n g c h a i nf a t t y a c i d s d e r i v e d from r e n e w a b l e f e e d s t o c k , s u c h a s v e ge t a b l e o i l s o r a n i m a l f a t s , f o r u s e i n c o m p r e s s i o n i g n i t i o n( d i e s e l ) e n g i n e s . T h e b i o d i e s e l i n d u s t r y c h o o s e s t h e m e t h y lg r o u p f o r t h e m on o a l k y l e s t e r s i n t h e form o f f a t t y a c i d sm e t h y l e s t e r s ( F A M E ) .

SUMMARY OF THEINVENTIONP r o c e s s e s a n d a p p a r a t u s p r o v i d e e c o n o m i c a l l y f e a s i b l e

b i o d i e s e l , W i t h o u t s u b s i d i e s , W h e n e v e r p e t r o l e u m p r i c e s a r ea b o v e US$60 p e r b a r r e l . ToWard h a t e n d , i n t e g r a t e d s m a l lp l a n t s p r o c e s s m a t e r i a l s c o n t a i n i n g l i p i d s W i t h a n h y d r o u sb i o e t h a n o l a s s o l v e n t and r e a c t a n t , and s u l f u r i c a c i d andp o t a s s i u m h y d r o x i d e m a i n l y a s c a t a l y s t s t o p r o d u c e u p t o 3m i l l i o n g a l l o n s o f b i o d i e s e l p e r y e a r . T he p r o d u c t s a r e ap r e d o m i n a n t l y f a t t y a c i d s e t h y l e s t e r s ( F A E E ) b i o d i e s e l a l o n gW i t h a c h e m i c a l l y - e n h a n c e d o r g a n i c f e r t i l i z e r a s b y p r o d u c t .T he r aW m a t e r i a l s m a y i n c l u d e a Wide v a r i e t y o f o n - e d i b l es o l i d m a t t e r t h a t c o n t a i n s l i p i d s , W h i c h n o r m a l l y h a v e f r o m0.5% o 80% by W e i g h t o f f r e e f a t t y a c i d s i n t o t a l o i l s . Mult i p l e a p p a r a t u s m a k e s t h i s p r o c e s s f e a s i b l e . S i n c e t h e y s u p p l yf e r t i l i z e r f o r s m a l l s c a le f a r m e r s , m o r e t h a n n o t competingW i t h f o o d p r o d u c t i o n , t h e p r o c e s s e s and a p p a r a t u s a l l o W s u st a i n a b l e l i q u i d f u e l p r o d u c t i o n i n a d d i t i o n t o s u p p l y i n g au s e f u l b y p r o d u c t t o f a r m e r s .T h e p r o c e s s e s a n d a p p a r a t u s p r o v i d e a s t r a t e g i c p o s i t i o ni n g i n t h e b i o d i e s e l b u s i n e s s t h a t i s e c o n o m i c a l l y f e a s i b l eW i t h o u t g o v e r n m e n t a l s u b s i d i e s , W h i c h i s p r e f e r a b l y d o n eu s i n g s c a t t e r e d s m a l l p l a n t s t o p r o d u c e 3 m i l l i o n g a l l o n s o fb i o d i e s e l p e r y e a r c l o s e t o v e g e t a b l e o i l s o u r c e s , t h u s m i n imizing raW m a t e r i a l l o g i s t i c a l c o s t s a s W e l l a s t h a t o f p r o v i di n g c h e m i c a l l y - e n h a n c e d o r g a n i c f e r t i l i z e r , p r o d u c e d a s ab y p r o d u c t . B e s i d e s u s i n g i n e d i b l e a n d u s u a l l y l e s s e d i b l e o i l sa n d f a t s , i n g e n u i t y Was a p p l i e d t o t r a n s f o r m e v e r y t y p e o fm o l e c u l e o f a t t y a c i d s i n t o b i o d i e s e l , i n c l u d i n g , b u t n o t l i mi t e d t o , f r e e f a t t y a c i d s ( F F A ) , p h o s p h o l i p i d s , f a t t y a c i d s o fW a x e s o f s e e d s h u l l s , m o n o g l y c e r i d e s , d i g l y c e r i d e s , a n d t r i gl y c e r i d e s .

I n a d d i t i o n t o t h e u s e o f cheaper i l s o u r c e s and an i n t e g r a lp l a n t c o n v e r t i n g o i l s o u r c e s t o b i o d i e s e l , i t i s i m p o r t a n t t o u s eequipment a p a b l e o f e f ? c i e n t o i l e x t r a c t i o n a s W e l l a s chemic a l r e a c t i o n s . T h i s i s a c c o m p l i s h e d by a n a c i d - e n h a n c e d s o lv e n c y a n d e x p r e s s i o n - b a s e d e x t r a c t o r a n d i n s i t u r e a c t o r ,Whose f u n c t i o n i n g r e l i e s on a p o l a r i t y - ? e x i b l e s o l v e n t andr e a c t a n t . T h a t i s m a i n l y Why h e s o u r c e o f a l k y l g r o u p s f o r t h emono a l k y l e s t e r s o f l o n g c h a i n f a t t y a c i d s i s p r e f e r a b l ye x c l u s i v e l y a n h y d r o u s b i o e t h a n o l , t h a t i s , b i o d i e s e l , W h i c h , i nt h i s c a s e , i s composed p r e d o m i n a t e l y of FAEE a n d n o t t h ep r e p o n d e r a n t F A M E f a t t y a c i d s m e t h y l e s t e r s ) o f p r e s e n t r t .

The p r e f e r r e d s o u r c e s o f o i l o r i g i n a l raW m a t e r i a l havel a r g e p e r c e n t a g e s o f FFA, and t s c o n v e r s i o n t o e s t e r s i s a t t h esame i m e i m p o r t a n t f o r e f ? c i e n c y a s W e l l a s d i f ? c u l t . That sW h y , b e s i d e s t h e m a i n e q u i p m e n t named n t h e l a s t p a r a g r a p h ,a d d i t i o n a l e q u i p m e n t i s d i s c l o s e d f o r a c i d c a t a l y s i s o f FFA

20

25

30

35

40

45

50

55

60

6 5

2a n d o t h e r p o l a r m o l e c u l e s a n d f o r b a s i c c a t a l y s i s o f m o n o - ,d i - , a n d r i g l y c e r i d e s . T h i s a d d i t i o n a l e q u i p m e n t i s r e f e r r e d t oh e r e i n a s a p i s t o n - c y l in d e r r e a c t o r .

As d e s c r i b e d h e r e i n , W a t e r i s t h e b i g v i l l a i n i n b i o d i e s e lp r o d u c t i o n ; t h a t i s Wh y t s p r e s e n c e i s p r e v e n t e d a n d r e m e d ia t e d i n t h e main q u i p m e n t a n d i n t h e p i s t o n - cy l i n d e r r e a c t o r st h r o u g h ?ash v a p o r i z a t i o n . T o a v o i d t h e u s e o f W a t e r i nb i o d i e s e l p o l i s h i n g , a t h i r d p i e c e o f e q u i p m e n t i s u s e d . T h i st h i r d p i e c e o f equipment i s r e f e r r e d t o h e r e i n a s an e l e c t r ic a l l y - e n h a n c e d d e c a n t e r .T h e o p e r a t i o n o f t h e i n t e g r a l s m a l l p l a n t i s p r e f e r a b l yd i v i d e d i n t o : i ) o r i g i n a l r a W m a t e r i a l s p r e p a r a t i o n s ; i i ) b i o e th a n o l a n d c a t a l y s t s p r e p a r a t i o n ; i i i ) e x t r a c t o r / i n s i t u r e a c t o r s /s e p a r a t o r s ; a n d i v ) s e p a r a t i o n a n d r e ? n i n g . T h e m a i n e q u i pment and t h e p i s t o n - c y l i n d e r s r e a c t o r s a r e i n i i i ) and t h ed e c a n t e r i s i n i v ) .

BRIEF DESCRIPTION OFTHEDRAWINGSF I G . 1 shoWs an a c t i v i t y ma p r e p r e s e n t i n g a ? r m s s t r a

t e g i c p o s i t i o n i n a b u s in e s s . I n s i d e t h e e l l i p s i s a r e t h e c h o i c e sm ade a b o u t ho W o d o t h i n g s .

FIG. 2A hoWs a ? r s t h a l f o f a H o w diagram o f h e p r oc e s s e s and a p p a r a t u s o f a b i o di e s e l p r o d u c t i o n p l a n t i n anembodiment o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n .

F I G . 2B shoWs a s e c o n d h a l f o f t h e H o w diagram o f F I G .2A .

F I G . 3 shoWs a b l o c k diagram su mma ry o f t h e H o w d i ag r am o f FIGS. 2A nd 2 B .

F I G . 4A c h e m a t i c a l l y shoWs s k e t c h o f t o p o r p l a n vieWo f t h e main e q u i p m e n t o f a n a c i d - e n h a n c e d s o l v e n c y a n de x p r e s s i o n - b a s e d e x t r a c t o r and i n s i t u r e a c t o r .

F I G . 4B shoWs a n expanded vieW o f t h e h o p p e r o f t h er e a c t o r s y s t e m o f F I G . 4A .

FIG. 4 C shoWs a c r o s s s e c t i o n a l v ieW a l o n g S e c t i o n I - I o fF I G . 4A .

FIG. 4D hoWs c r o s s s e c t i o n a l v ieW a l o n g S e c t i o n I I - I I o fF I G . 4A .FIG. 4E shoWs a c r o s s s e c t i o n a l v ieW a l o n g S e c t i o n I I I - I I Io f I G . 4A .

FIG. 4F shoWs a c r o s s s e c t i o n a l v ieW a l o n g S e c t i o n IV-IVo f I G . 4A .

F I G . 5A shoWs a v e r t i c a l - l o n g i t u d i n a l v i e W a l o n g S e c t io nV - V o f F I G . 4 A a l o n g W i t h a g r a p h o f p r e d i c t e d c o n d i t i o n sa l o n g t h e l e n g t h o f t h e s c r e W .

F I G . 5B shoWs an expanded vieW o fCircleA ofFIG. 5A ft h e e x p e c t e d p r e s s u r e d i s t r i b u t i o n a t t h e b e g i n n i n g o f t h escreW.

F I G . 5C shoWs an expanded vieW o f C i r c l e B fFIG. 5A ft h e i n i t i a l p a r t o f t h e s c r e W shoWing a t h r u s t b e a r i n g and as e a l i n g b e a r i n g .

F I G . 5D hoWs a n expanded vieW o f C i r c l e C fFIG. 5A fan i n t e r n a l t h r u s t b e a r i n g o f h e s c r e W .

F I G . 5E shoWs an expanded vieW o f C i r c l e D fFIG. 5A fi n s e r t s i n t h e r e g i o n s o f t h e s c r e W W i t h o u t t h r e a d s .

F I G . 5F shoWs a n expanded vieW o f C i r c l e E ofFIG. 5A ft h e end o f h e s c r e W W i t h a s l i d e p l a i n b e a r i n g and choke h a tl i m i t s t h e a r e a f o r t h e c a k e e x i t i n g t h e m a c h i n e .

F I G . 5G hoWs a n expanded vieW o f C i r c l e F ofFIG. 5A ft h e e x i t o f t h e c a k e from h e vacuum chamber and h e s e a l i n ge f f e c t of choke.

F I G . 5H hoWs an expanded vieW o f C i r c l e G f F I G . 5A ft h e e x p e c t e d p r e s s u r e d i s t r i b u t i o n a t t h e end o f h e s c r e W .

F I G . 6 shoWs a d d i t i o n a l d e t a i l s o f t h e l i q u i d f e e d b a c k l i n et h a t r u n s p a r a l l e l t o t h e screW of FIG. 2A .

FIG. 7A hoWs a v e r t i c a l - l o n g i t u d i n a l c r o s s s e c t i o n a l v ieWo f t h e p i s t o n - c y li n d e r r e a c t o r a l o n g S e c t i o n I - I o f F I G . 7 B .

7/27/2019 Us 8304566

16/40

US 8 , 3 0 4 , 5 6 6 B23

F I G . 7 B shows v e r t i c a l c r o s s s e c t i o n a l vieW o f h e p i s t o nc y l i n d e r r e a c t o r a l o n g S e c t i o n I I - I I o f F I G . 7 A .

FIG. 7 C shoWs a c r o s s s e c t i o n a l v ieW a l o n g S e c t i o n I I I - I I Io f F I G . 7A .

F I G . 7 D shoWs a n expanded vieW o f CircleA f F I G . 7A fp i s t o n r i n g s a n d t h e s e a l i n g a n d l i n e a r b e a r i n g o f t h e c y l i nd e r s l i d .

F I G . 7E shoWs a n expanded vieW o f C i r c l e B f F I G . 7A ft h e p i s t o n a n d i t s r e l a t i o n W i t h v a p o r s e x i t p o r t h o l e s .

FIG. 8A hoWs a c r o s s - s e c t i o n a l v ieW o f an e l e c t r i c a l l ye n h a n c e d d e c a n t e r a l o n g S e c t i o n I - I o f F I G . 8 B .

F I G . 8B shoWs a c r o s s - s e c t i o n a l vieW o f t h e e l e c t r i c a l l ye n h a n c e d d e c a n t e r a l o n g S e c t i on I I - I I o f F I G . 8 A .

F I G . 8C shoWs an expanded vieW o f CircleA o f F I G . 8A ft h e l i n e / moving b u o y f o r l e v e l m e a s u r e m e n t a n d t h e r i n g t h a ta l l o W s a s s e m b l y o f t h e i n n e r s p h e r e .

F I G . 8 D shoWs a n expanded vieW o f C i r c l e B f F I G . 8A ft h e u n i o n o f t h e tWo e x t e r n a l h e m i s p h e r e s a n d t h e s u p p o r t o ft h e i n n e r s p h e r e b y t h e e x t e r n a l s p h e r e .

F I G . 8E shoWs a n expanded v i e W o f R e c t a n g l e C f F I G .8A o f t h e i n p u t o f t h e l i q u i d t o b e d e c a n t e d , t h e a i r r e l e a s i n gv a l v e , t h e o u t p u t p o r t h o l e f o r b i o d i e s e l a s W e l l a s t h e m e t e r i n gl i n e / m o v i n g b u o y .F I G . 8F shoWs an expanded vieW o f C i r c l e D f F I G . 8B o ft h e p o s i t i o n o f t h e W e l d s t h a t j o i n s t h e m e c h a n i c a l l y c o nf o r m e d p e t a l s t h a t f o r m t h e s p h e r e s a n d t h e r i n g f o r m o v i n gt h e u p p e r e x t e r n a l h e m i s p h e r e .

F I G . 8G hoWs an expanded vieW o f C i r c l e E o f F I G . 8A ft h e e x i t o f g l y c e r i n a s W e l l a s t h e h i n g e d p o r t h o l e l i d t ore m o ve p r e c i p i t a t e d s a l t s .

F I G . 8H hoWs an expanded vieW o f C i r c l e F ofFIG. SF o ft h e m a i n W e l d o f t h e i n n e r s p h e r e .

F I G . 9 shoWs t h e e f f e c t o f a s t a t i c e l e c t r i c a l ? e l d i n t h ec o a l e s c e n c e o f d r o p l e t s o f b i o d i e s e l a s r e p o r t e d i n t h e p r i o ra r t .

F I G . 1 0 shoWs t h e i n t e n s i t y o f a s t a t i c e l e c t r i c a l ( V / c m )? e l d a s a f u n c t i o n of t h e t i m e s p e n t f o r 63% f d e s t r o y e de m u l s i ? c a t i o n a s r e p o r t e d i n t h e p r i o r a r t .

DETAILED DESCRIPTION OFTHE INVENTIONI n s ome embodiments, a p r o c e s s produces a b i o d i e s e l

p r o d u c t i n c l u d i n g a f a t t y a c i d e t h y l e s t e r p r o d u c t . T h e p r o c e s sp r e f e r a b l y i n c l u d e s p r o c e s s i n g a t l e a s t one raW m a t e r i a ls o u r c e i n c l u d i n g a n a v e r a g e o f t l e a s t 0.5% b y e i g h t o f f r e ef a t t y a c i d s i n t o t a l o i l , e x t r a c t in g t h e f r e e f a t t y a c i d s a n d o t h e rr e a c t i v e l i p i d s from t h e raW m a t e r i a l s o u r c e and r e a c t i n g t h ef r e e f a t t y a c i d s a n d o t h e r r e a c t i v e l i p i d s W i t h e t h a n o l u s i n g a na c i d c a t a l y s t a n d a b a s e c a t a l y s t t o f o r m t h e f a t t y a c i d e t h y le s t e r p r o d u c t , t r a n s e s t e r i f y i n g a n y u n r e a c t e d l i p i d s W i t h e t h an o l u s i n g a b a s e c a t a l y s t , a n d s e p a r a t i n g t h e f a t t y a c i d e t h y le s t e r p r o d u c t f r o m a g l y c e r i n b y p r o d u c t . The e t h a n o l i s p r e fe r a b l y a n h y d r o u s b i o e t h a n o l . The p r o c e s s p r e f e r a b l y o c c u r sa t a s i n g l e b i od i e s e l p r o d u c t i o n p l a n t . P r o c e s s i n g t h e r a Wm a t e r i a l s o u r c e p r e f e r a b l y i n c l u d e s ? l t e r i n g and s t e a m Washi n g t h e raW m a t e r i a l s o u r c e t o re m o ve i r t , s t o n e s , and s a n d ,m i l l i n g t h e raW m a t e r i a l s o u r c e , h e a t i n g and c o o k i n g t h e raWm a t e r i a l s o u r c e , and dehydrating t h e r aW m a t e r i a l s o u r c e t oremove xcess Water.

E x t r a c t i n g a n d r e a c t i n g t h e f r e e f a t t y a c i d s a n d o t h e r r e a ct i v e l i p i d s p r e f e r a b l y i n c l u d e s f e e d i n g t h e raW a t e r i a l s o u r c eu s i n g a s c r e W a g a i n s t a c o u n t e r c u r r e n t l i q u i d ? o W i n c l u d i n gt h e e t h a n o l a n d t h e a c i d c a t a l y s t t o r e a c t W i t h t h e f r e e f a t t ya c i d s and r e c y c l i n g a t l e a s t a p o r t i o n o f t h e c o u n t e r c u r r e n tl i q u i d ? o W t h r o u g h t h e s c r e W a f t e r ? a s h d e h y d r a t i n g a n dp a s s i n g t h e p o r t i o n o f t h e c o u n t e r c u r r e n t l i q u i d ? o W h r o u g ha c a v i t a t i o n r e a c t o r . Feeding h e r aW a t e r i a l s o u r c e u s i n g t h e

20

25

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6 5

4s c r e W a g a i n s t t h e c o u n t e r c u r r e n t l i q u i d ? o W i n c l u d i n g t h ee t h a n o l a n d t h e a c i d c a t a l y s t t o r e a c t W i t h t h e f r e e f a t t y a c i d sand o t h e r r e a c t i v e l i p i d s p r e f e r a b l y o c c u r s W i t h i n a t e m p e r at u r e r a n g e o f a b o u t 110 t o a b o u t 1 4 0 0 C. , Wherein t h e a c i dc a t a l y s t i n c l u d e s s u l f u r i c a c i d .

I n some e m b o d i m e n t s , t h e s t e p o f t r a n s e s t e r i f y i n g a n yu n r e a c t e d l i p i d s W i t h e t h a n o l u s i n g t h e b a s e c a t a l y s t f u r t h e ri n c l u d e s p a r t i a l l y n e u t r a l i Z i n g t h e r e s u l t i n g l i q u i d s t r e a m W i t ha b a s e , e s t e r i f y i n g u n r e a c t e d f r e e f a t t y a c i d u s i n g an c i d t o ac o n c e n t r a t i o n l e s s t h a n o r e q u a l t o 0.5% b y e i g h t , and r a n se s t e r i f y i n g t h e l i q u i d s t r e a m W i t h a b a s e c a t a l y s t . I n s omee m b o d i m e n t s , p o t a s s i u m h y d r o x i d e i s t h e b a s e a n d t h e b a s ec a t a l y s t . T h e p a r t i a l n e u t r a l i Z a t i o n a n d e s t e r i ? c a t i o n p r e f e ra b l y occur i n a t l e a s t o ne p i s t o n - c y l in d e r r e a c t o r With a r e s idence time i n a range of about 20 t o about 40 minutes an d at e m p e r a t u r e W i t h i n a r a n g e o f b o u t 5 t o a b o u t 1 5 C .

I n some e m b o d i m e n t s , s e p a r a t i n g t h e f a t t y a c i d e t h y l e s t e rp r o d u c t f r o m t h e g l y c e r i n b y p r o d u c t i n c l u d e s d e c a n t i n g t h ef a t t y a c i d e t h y l e s t e r p r o d u c t f r o m t h e g l y c e r i n b y p r o d u c t ,m e t e r i n g a n d m i x i n g t h e f a t t y a c i d e t h y l e s t e r p r o d u c t W i t h a na d s o r p t i o n m a t e r i a l t o remove i m p u r i t i e s f r o m t h e f a t t y a c i de t h y l e s t e r p r o d u c t , a n d p r e s s u r e ? l t e r i n g t h e f a t t y a c i d e t h y le s t e r p r o d u c t a n d t h e a d s o r p t i o n m a t e r i a l t o s e p a r a t e t h e f a t t ya c i d e t h y l e s t e r f r o m t h e a d s o r p t i o n m a t e r i a l a n d i m p u r i t i e s .

I n s o m e embodiments, a s o l i d f r a c t i o n o f h e r aW m a t e r i a ls o u r c e i s p r o c e s s e d t o p r o d u c e a c h e m i c a l l y - e n h a n c e do r g a n i c f e r t i l i z e r p r o d u c t .

I n some e m b o d i m e n t s , a b i o d i e s e l p r o d u c t i o n p l a n ti n c l u d e s a raW m a t e r i a l s p r e p a r a t i o n u n i t r e c e i v i n g and p r oc e s s i n g a t l e a s t o ne r aW m a t e r i a l source i n c l u d i n g an averageo f a t l e a s t 0.5% b y W e i g h t o f f r e e f a t t y a c i d s i n t o t a l o i l , a na c i d - e n h a n c e d s o l v e n c y a n d e x p r e s s i o n - b a s e d e x t r a c t o r a n di n s i t u r e a c t o r u n i t r e c e i v i n g t h e raW a t e r i a l s o u r c e from h er a W m a t e r i a l s p r e p a r a t i o n u n i t a n d c o n v e r t i n g t h e f r e e f a t t ya c i d s and t h e r r e a c t i v e l i p i d s i n t h e raW a t e r i a l s o u r c e t o t h ef a t t y a c i d e t h y l e s t e r p r o d u c t b y a c i d c a t a l y s i s a n d b a s e c a t a l ys i s W i t h e t h a n o l , a n e t h a n o l a n d c a t a l y s t p r e p a r a t i o n u n i ts u p p l y i n g e t h a n o l , a c i d c a t a l y s t , a n d b a s e c a t a l y s t t o t h e a c i de n h a n c e d s o l v e n c y a n d e x p r e s s i o n - b a s e d e x t r a c t o r a n d i n s i t ur e a c t o r u n i t , a n d a s e p a r a t i o n a n d r e ? n i n g u n i t r e c e i v i n g al i q u i d s t r e a m i n c l u d i n g t h e f a t t y a c i d e t h y l e s t e r p r o d u c t a n dg l y c e r i n f r o m t h e a c i d - e n h a n c e d s o l v e n c y a n d e x p r e s s i o nb a s e d e x t r a c t o r and n s i t u r e a c t o r u n i t a n d s e p a r a t i n g t h e f a t t ya c i d e t h y l e s t e r p r o d u c t f r o m t h e g l y c e r i n a n d i m p u r i t i e s i nt h e l i q u i d s t r e a m .

T he raW m a t e r i a l s p r e p a r a t i o n u n i t p r e f e r a b l y i n c l u d e s a tl e a s t one s e p a r a t i o n u n i t r e c e i v i n g t h e r aW m a t e r i a l s o u r c ei n c l u d i n g , b u t n o t l i m i t e d t o , a p l a t e m a g n e t i c s e p a r a t o r , a tl e a s t o ne o r b i t a l s c r e e n , or a steam Washer, a t l e a s t o ne m i l ls u p p l i e d b y t h e s e p a r a t i o n u n i t i n c l u d i n g , b u t n o t l i m i t e d t o , aham mer m i l l o r a r o l l e r m i l l , and a h e a t i n g , c o o k i n g , andd e h y d r a t i n g u n i t s u p p l i e d b y t h e m i l l .

The a c i d - e n h a n c e d s o l v e n c y a n d e x p r e s s i o n - b a s e d e x t r a ct o r and i n s i t u r e a c t o r u n i t p r e f e r a b l y i n c l u d e s a t l e a s t o nemain s c r e W , a h o u s i n g c o n t a i n i n g t h e main s c r e W and a v i n ga ? r s t end and second n d , and h y d r a u l i c motor r i v i n g t h em a i n screW t o r o t a t e i n t h e housing t o f e e d t h e r aW m a t e r i a ls o u r c e r e c e i v e d i n s o l i d f o r m f r o m t h e r aW m a t e r i a l s prepar a t i o n u n i t from h e ? r s t end o f t h e h o u s i n g t o t h e s e c o n d endo f t h e h o u s i n g . The main s c r e W p r o p e l s t h e raW m a t e r i a ls o u r c e from t h e ? r s t end o t h e s e c o n d end under i n c r e a s i n gp r e s s u r e g e n e r a t e d by a d e c r e a s i n g s c r e W p i t c h , a c o n i c a lscreW s h a p e , or a choke o n t h e end of h e m a i n screW a t t h es e c o n d e n d o f t h e h o u s i n g . A o u n t e r c u r r e n t l i q u i d ? o Wi n c l u d i n g t h e e t h a n o l a n d t h e a c i d c a t a l y s t ?oWs t h r o u g h t h em a i n screW fro m t h e second en d o t h e ? r s t en d o r e a c t Witht h e f r e e f a t t y a c i d s , and t l e a s t a p o r t i o n o f h e c o u n t e r c u r r e n t

7/27/2019 Us 8304566

17/40

US 8 , 3 0 4 , 5 6 6 B25

l i q u i d Ho w i s p r e f e r a b l y r e t u r n e d f r o m t h e ? r s t e n d o f t h eh o u s i n g t o t h e s e c o n d e n d o f t h e h o u s i n g a f t e r p a s s i n gt h r o u g h a ?ash d e h y d r a t o r and a c a v i t a t i o n r e a c t o r .

The a c i d - e n h a n c e d s o l v e n c y a n d e x p r e s s i o n - b a s e d e x t r a ct o r and i n s i t u r e a c t o r u n i t p r e f e r a b l y f u r t h e r i n c l u d e s af e e d e r - s e a l screW r e c e i v i n g a s o l i d f r a c t i o n from t h e a c i de n h a n c e d s o l v e n c y a n d e x p r e s s i o n - b a s e d e x t r a c t o r a n d i n s i t ur e a c t o r u n i t , a c a k e b r e a k e r r e c e i v i n g t h e s o l i d f r a c t i o n fromt h e f e e d e r - s e a l screW and a s o l i d f r a c t i o n f r o m a t l e a s t o nep l a t e ? l t e r p r e s s o f t h e s e p a r a t i o n a n d r e ? n i n g u n i t a n d s e p ar a t i n g t h e s o l i d f r a c t i o n s i n t o s m a l l e r p i e c e s , a m i x e r - n e u t r a li Z e r r e c e i v i n g t h e s o l i d f r a c t i o n s f r o m t h e c a k e b r e a k e r andm i x i n g t h e s o l i d f r a c t i o n s W i t h a n a q u e o u s p o t a s s i u m h y d r o xi d e s o l u t i o n t o a d j u s t a p H f h e s o l i d f r a c t i o n s , a r o t a r y d r y e rr e c e i v i n g t h e s o l i d f r a c t i o n s from t h e m i x e r - n e u t r a l i Z e r andremoving e x c e s s W a t e r from h e s o l i d f r a c t i o n s , and c o o l e rb a g g e r r e c e i v i n g t h e s o l i d f r a c t i o n s f r o m t h e r o t a r y d r y e r a n dc o o l i n g a n d b a g g i n g t h e s o l i d f r a c t i o n s a s a c h e m i c a l l y - e nh a n c e d o r g a n i c f e r t i l i Z e r .

The a c i d - e n h a n c e d s o l v e n c y a n d e x p r e s s i o n - b a s e d e x t r a ct o r and i n s i t u r e a c t o r u n i t p r e f e r a b l y f u r t h e r i n c l u d e s a t l e a s to n e ? r s t p i s t o n - c y li n d e r r e a c t o r r e c e i v i n g t h e l i q u i d s t r e a mf r o m t h e a c i d - e n h a n c e d s o l v e n c y a n d e x p r e s s i o n - b a s e de x t r a c t o r a n d i n s i t u r e a c t o r a n d p a r t i a l l y n e u t r a l i z i n g t h el i q u i d s t r e a m W i t h t h e b a s e c a t a l y s t a n d a s e c o n d p i s t o nc y l i n d e r r e a c t o r r e c e i v i n g t h e l i q u id s t r e a m f r o m t h e ? r s tp i s t o n - c y l i n d e r r e a c t o r a n d t r a n s e s t e r i f y i n g t h e l i q u i d s t r e a mW i t h t h e b a s e c a t a l y s t .T h e e t h a n o l a n d c a t a l y s t p r e p a r a t i o n u n i t p r e f e r a b l yi n c l u d e s a p o t a s s i u m h y d r o x i d e / e t h a n o l s t o r a g e t a n k h o l d i n ga p o t a s s i u m h y d r o x id e - e t h a n o l m i x t u r e a n d s u p p l y i n g t h ep o t a s s i u m h y d r o x i d e - e t h a n o l m i x t u r e t o t h e a c i d - e n h a n c e ds o l v e n c y a n d e x p r e s s i o n - b a s e d e x t r a c t o r and i n s i t u r e a c t o ru n i t , a s u l f u r i c a c i d /e t h a n o l s t o r a g e t a n k h o l d i n g a s u l f u r i ca c i d - e t h a n o l m i x t u r e a n d s u p p l y i n g t h e s u l f u r i c a c i d - e t h a n o lm i x t u r e t o t h e a c i d - e n h a n c e d s ol v e n c y a n d e x p r e s s i o n - b a s e de x t r a c t o r and i n s i t u r e a c t o r u n i t , a c o n c e n t r a t e d s u l f u r i c a c i ds t o r a g e t a n k h o l d i n g c on c e n t r a t e d s u l f u r i c a c i d a n d s u p p l y i n gt h e c o n c e n t r a t e d s u l f u r i c a c i d t o t h e s u l f u r i c a c i d / e t h a n o ls t o r a g e t a n k , a n d a n e t h a n o l s t o r a g e t a n k h o l d i n g a n h y d r o u se t h a n o l a n d s u p p l y i n g t h e a n h y d r o u s e t h a n o l t o t h e p o t a s s i u mh y d r o x i d e / e t h a n o l s t o r a g e t a n k , t h e s u l f u r i c a c i d / e t h a n o ls t o r a g e t a n k , a n d t h e a c i d - e n h a n c e d s o l v e n c y a n d e x p r e s s i o nbased e x t r a c t o r and i n s i t u r e a c t o r u n i t .

T h e s e p a r a t i o n a n d r e ? n i n g u n i t p r e f e r a b l y i n c l u d e s a t l e a s to n e e l e c t r i c a l l y - e n h a n c e d d e c a n t e r r e c e i v i n g t h e l i q u i ds t r e a m f r o m t h e a c i d - e n h a n c e d s o l v e n c y a n d e x p r e s s i o nb a s e d e x t r a c t o r and i n s i t u r e a c t o r u n i t and s e p a r a t i n g t h el i q u i d s t r e a m i n t o a g l y c e r i n f r a c t i o n a n d a f a t t y a c i d e t h y le s t e r f r a c t i o n , a b u f f e r t a n k r e c e i v i n g t h e f a t t y a c i d e t h y l e s t e rf r a c t i o n f r o m t h e d e c a n t e r , a m e t e r i n g a n d m i x i n g t a n k r e c e i vi n g t h e f a t t y a c i d e t h y l e s t e r f r a c t i o n f r o m t h e b u f f e r t a n k a n dm i x i n g t h e f a t t y a c i d e t h y l e s t e r f r a c t i o n W i t h a n a d s o r p t i o nm a t e r i a l t o r e m o v e i m p u r i t i e s , and a p r e s s u r e ? l t e r systemr e c e i v i n g t h e f a t t y a c i d e t h y l e s t e r f r a c t i o n a n d t h e a d s o r p t i o nm a t e r i a l f r o m t h e m e t e r i n g a n d m i x i n g t a n k a n d s e p a r a t i n gt h e f a t t y a c i d e t h y l e s t e r f r o m t h e a d s o r p t i o n m a t e r i a l a n di m p u r i t i e s .T h e p r o d u c e d b i o d i e s e l i s p r e f e r a b l y p r i m a r i l y f a t t y a c i d se t h y l e s t e r s ( F A E E ) . M o r e o v e r , t h e e t h a n o l u s e d t o p r o d u c eFAEE s p r e f e r a b l y b i o e t h a n o l , t h a t i s , b i o l o g i c a l l y o b t a i n e de t h a n o l . F u r t h e r m o r e , t h e o t h e r main raW m a t e r i a l i l o n gc h a i n f a t t y a c i d s i i s p r e f e r a b l y n o n - e d i b l e o r r a r e l y u s e d a se d i b l e v e g e t a b l e o i l s o r a n i m a l f a t s . F o r e x a m p l e , re?ned o rr a W s o y b e a n o i l s , o r t h e o r i g i n a l s o y b e a n , a n d , s i m i l a r l y , o i l so r s e e d s o f a n o l a o r o t h e r v a r i e t i e s o f d i bl e r a p e s e e d , a s W e l la s o f sun?oWer a r e p r e f e r a b l y n o t used a s l o n g - c h a i n f a t t y

20

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6 5

6a c i d s o u r c e s . A c c o r d i n g t o P o r t e r (What s S t r a t e g y ? Harv a r d B u s i n e s s R e v i e w , November/December 1 9 9 6 , p p .6 1 - 7 8 ) , a n o r i g i n a l s t r a t e g i c p o s i t i o n i n g i n a b u s i n e s s i m p o s e st h e a d o p t i o n o f t r a d e o f f s , f o r e x a m p l e , What o t t o c h o o s e a so r i g i n a l r a W m a t e r i a l s a n d a l k y l g r o u p s , t h o u g h t h i s b e e nc o n t r a r y t o t h e u s u a l p a r a d i g m i n t h e b i o d i e s e l ? e l d .

T he p r e s e n t ? e l d o f e n d e a v o r b e l o n g s t o a ne W industryib i o d i e s e l p r o d u c t i o n a n d s a l e i t h a t , a s s u c h , c u r r e n t l y n o u ri s h e s i t s e l f i n t h e k n o W l e d g e a n d p r a c t i c e s o f o l d e r i n d u s t r i e s ,s u c h a s e d i b l e v e g e t a b l e o i l e x t r a c t i o n and e ? n i n g , s o a p a n dn o n - e d i b l e o i l i n d u s t r y , l i q u i d f u e l s p r o d u c t i o n f r o m p e t r ol e u m , f u e l s s p e c i ? c a t i o n a n d p e r f o r m a n c e i n c o m p r e s s i o ni g n i t i o n i n t e r n a l c o m b u s t i o n e n g i n e s , a s W e l l a s g e n e r a lc h e m i c a l e n g i n e e r i n g k n o W l e d g e o f n i t o p e r a t i o n s .

U s u a l l y a n i n n o v a t i o n r e q u i r e s a ne W t r a t e g i c p o s i t i o n i n gi n a b u s i n e s s , W h i c h o f t e n r e q u i r e s t e c h n o l o g i c a l i n n o v a t i o n si n p r o c e s s e s , e q u i p m e n t s , etciand v i c e v e r s a . O ne Way o fs u m m a r i z i n g t h e d e g r e e o f i n n o v a t i v e n e s s o f a s t r a t e g i c p o s it i o n i n g i s a n A c t i v i t y - S y s t e m Map, s u c h a s t h e o n e d e l i n e a t e di n F I G . 1 . T h a t m a p shoWs t h e t r a d e - o f f s made, t h e m o r ei m p o r t a n t c h o ic e s b e i n g s h a d e d i n g r a y . T h e p o s i t i v e s y n e r g yi n t e n d e d b e t W e e n t h e a c t i v i t i e s c h o s e n i s shoWn by l i n e sl i n k i n g t h e m . H e n c e , t h e s e l i n e s d e p i c t t h e a d j u s t m e n t , o r ? t ,f u n d a m e n t a l f o r c o m p e t i t i v e a d v a n t a g e s u s t a i n a b i l i t y .

T he d e s c r i p t i o n i n t h i s s e c t i o n f o l l o W s t h e c h o i c e s o f F I G .1 , c o n t r a s t i n g t h e m W i t h p u b l i s h e d c u r r e n t c h o i c e s , i n t h e? e l d s o f p r o f e s s i o n a l l i t e r a t u r e ( e . g . , p a t e n t s a n d t e c h n i c a lj o u r n a l s ) a n d c o m m e r c i a l p r a c t i c e . T h e e m p h a s i s i s i n t h ed e l i n e a t i o n o f s p e c i ? c p r o b l e m s a n d o p p o r t u n i t i e s , W i t h as h o r t s t a t e m e n t o f t h e chosen s o l u t i o n s , Which r e e l a b o r a t e dupon f u r t h e r i n o t h e r s e c t i o n s .

I n a p r e f e r r e d e m b o d i m e n t , t h e e c o n o m i c f e a s i b i l i t y o fs m a l l s c a l e b i o d i e s e l p r o d u c t i o n a t m a r k e t p r i c e s i s o b t a i n e d ,t h a t i s , W i t h o u t a n y k i n d o f g o v e r n m e n t a l i n c e n t i v e o r s u bs i d y . B i o d i e s e l i s p r e f e r a b l y i n t e n d e d f o r t h e e x t e n s i o n o rs u b s t i t u t i o n o f p e t r o l e u m d e r i v e d d i e s e l f u e l , W h i c h i s Wh yt h e f e a s i b i l i t y l o o k e d f o r i s t h e o n e r e a c h a b l e W i t h p e t r o l e u mp r i c e s a b o v e US$ 6 0 / b a r r e l . T h i s o b j e c t i v e i s shoWn i n t h ec e n t r a l e l l i p s e o f F I G . 1 .

I n 2 0 0 6 , t h e a v e r a g e i n s t a l l e d c a p a c i t y o f 6 5 American n dC a n a d i a n b i o d i e s e l p l a n t s Wa s 2 4 m i l l i o n g a l l o n s p e r y e a r( G P Y ) . I n 2 0 0 7 , 2 7 ne W i n t e n d e d p l a n t s l o W e r e d t h e a v e r a g es l i g h t l y t o 2 3 5 m i l l i o n GPY, a l t h o u g h t h e r e a r e p l a n t s a l r e a d yb u i l t o f 100 m i l l i o n GPY a p a c i t y and a planned one of a32 0 m i l l i o n GPY a p a c i t y . I n a s a m p l e o f 1 0 8 p l a n t s t h a tp u b l i s h e d i n s t a l l e d p r o d u c t i o n c a p a c i t y i n November 2 0 1 1W i t h t h e N a t i o n a l B i o d i e s e l Board ( N B B ) , t h e a v e r a g ei n s t a l l e d c a p a c i t y Was 1 8 . 6 m i l l i o n g a l l o n s p e r y e a r ( G P Y ) ,l o W e r t h a n t h e e s t i m a t e f o r 2007 o f 2 3 . 5 m i l l i o n GPY. Ther e a s o n f o r t h a t i s t h e l a r g e i n c r e a s e o f v e r y s m a l l p l a n t s ( e . g .0 . 0 3 , 0 . 5 , 1 . 0 , 1 . 5 m i l l i o n G PY c a p a c i t y ) . T h e q u a n t i t y o fp l a n t s W i t h i n s t a l l e d c a p a c i t y l e s s t h a n o r e q u a l t o 3 . 0 m i l l i o nGPY s 3 5 , t h a t i s , 32 % f t h e p l a n t s . T h e s e p l a n t s a r e m a i n l yd e d i c a t e d t o t r a n s e s t e r i ? c a t i o n o f u s e d a n d r e c y c l e d c o o k i n go i l . C a p a c i t i e s b e t W e e n 1 0 . 0 a n d 3 0 . 0 m i l l i o n GPY o m p r i s e s3 1 % o f t h e p l a n t s . C a p a c i t i e s g r e a t e r t h a n 30 i l l i o n a r e 1 6%o f 1 0 8 p l a n t s , b u t a c c o u n t f o r 53% o f t h e t o t a l i n s t a l l e dc a p a c i t y . T h e s e c o n d - l a r g e s t p l a n t , f o r 9 0 m i l l i o n G P Y , h a stWo p r o j e c t s o u t s i d e i t s Houston home: o ne i n MontanaWhose o a l i s t o p r o c e s s 100 i l l i o n GPY f i o d i e s e l fromc u s t o m i Z e d v a r i e d o f C a m e l i n a ( C a m e l i n a s a l i v a ) t h a t i sb e i n g p l a n t e d t h e r e a n d a n o t h e r W i t h p l a n t a t i o n s i n C e n t r a lA m e r i c a o f p a l m o i l t r e e s ( E l a e i s g u i n e e n s i s ) . T h e r e f o r e , i tl o o k s l i k e t h a t t h e b i o d i e s e l i n d u s t r y i n N o r t h America i sg o i n g i n t h e d i r e c t i o n o f u s i n g d i s r e g a r d e d r a W m a t e r i a l( W a s t e d c o o k i n g o i l ) a n d n o t u s u a l l y e d i b l e o i l ( c a m e l i n a ) ,b e s i d e s o i l s t h a t t h o u g h e d i b l e , a r e employed i n a v a r i e t y o f

7/27/2019 Us 8304566

18/40

US 8 , 3 0 4 , 5 6 6 B27

i n d u s t r i a l u s e s ( p a l m a n d palm k e r n e l o i l ) . I n B r a z i l t h e f u e le t h a n o l b u s in e s s W e n t , l i k e i n t h e USA n d G e r m a n y , t h r o u g hu p s and d o W n s . When h e s u b s i d i e s e n d e d , a l a r g e number fp l a n t s W e n t b a n k r u p t , b u t many s u r v i v e d b y i n c r e a s i n g e ? ic i e n c y , m a i n l y t h r o u g h a g r i c u l t u r a l i n n o v a t i o n s .

P l a n t s p r e s e n t l y c o n s i d e r e d t o b e s m a l l s c a l e i n t h ei n d u s t r y a r e p r e f e r a b l y a s t a n d a r d modular p l a n t s i z e i n t h es y s t e m d e s c r i b e d h e r e i n t o m a n u f a c t u r e by b a t c h p r o c e s s t os t o c k , r a t h e r t h a n n o t t o o r d e r , f o r 3 . 0 m i l l i o n GPY r a b o u t1 1 . 4 m i l l i o n l i t e r s p e r y e a r (LPY) o f i n s t a l l e d c a p a c i t y , i nt h r e e 8 h o u r s s h i f t s p e r d a y i n a y e a r - r o u n d o p e r a t i o n . As s e dh e r e i n , t h e term from a r i o u s o r i g i n a l raW a t e r i a l s means o r i g i n a l i n t h e s e n s e o f raW m a t e r i a l s t h a t c o n t a i n l o n gc h a i n f a t t y a c i d s , n o r m a l l y c h e m i c a l l y b o n d e d t o t h e a l c o h o lg l y c e r o l a s t r i - , d i - , o r m o n o e s t e r s o f g l y c e r o l ( g l y c e r i d e s ) , a sf r e e f a t t y a c i d s ( E P A ) , o r a s p h o s p h o l i p i d s . T h e r e f o r e , a l l k i n do f i p i d s t r a n s f o r r n a b l e i n FAEE m ay e u s e d , i n c l u d i n g s o l i dW a x e s . Fo r x a m p l e , o r i g i n a l raW a t e r i a l s i n c l u d e , b u t a r en o t l i m i t e d t o , t h e Whole b e a n s o f t h e c a s t o r o i l p l a n t ,c o t t o n s e e d s , p h y s i c - n u t s , o r r i c e b r a n p o W d e r , Which i s ab y p r o d u c t o f i c e m i l l i n g . The i n s i t u p a r t means t h a t t h e r ei s an e x t r a c t i o n o f h e above-mentioned m a t e r i a l s from t h es o l i d o r i g i n a l raW m a t e r i a l s t h a t c o n t a i n them f o l l o W e d b yt h e i r chemical t r a n s f o r m a t i o n i n b i o d i e s e l and v i c e v e r s a . I no t h e r W o r d s , t h e s e p h y s i c a l a n d c h e m i c a l t r a n s f o r m a t i o n so c c u r c o n c o m i t a n t l y i n t h e same p p a r a t u s . As i l l b e s e e n , i ns i t u r e a c t i o n s d e s c r i b e d i n t h e p r i o r r t r e f e r o n l y t o l a b o r a t o r yb e n c h s c a l e a p p a r a t u s . NoWhere n t h e p r i o r a r t i s e q u i p m e n tp r e s e n t e d t h a t i s c a p a b l e a t t h e same i m e o f i n s i t u r e a c t i o n sa n d a c i d - e n h a n c e d e x t r a c t i o n b y s o l v e n c y a n d e x p r e s s i o n .

T h e p r o d u c t i o n s c a l e s o f p r e s e n t b i o d ie s e l p l a n t s r e f e r r e dt o a b o v e f o l l o w s t h e t r a d i t i o n a l p a r a d i g m o f t h e c h e m i c a li n d u s t r i e s : e c o n o m i e s o f p r o d u c t i o n s c a l e d u e t o p r o d u c t i v ec a p a c i t y f o l l o W i n g a t h i r d poWer l a W o f e q u i p m e n t s l i n e a rd i m e n s i o n s and a p i t a l c o s t s f o l l o W i n g a s e c o n d poWer a W o ft h e same d i m e n s i o n . B e s i d e s t h a t , t h e r e i s i m p r o v e d s h a r i n go f i n d i r e c t c o s t s a n d b u y i n g a n d s e l l i n g b a r g a i n i n g p o W e r . I nan a t t e m p t t o c o u n t e r a c t t h e p r e v a i l i n g paradigm of econom i e s o f p r o d u c t i o n s c a l e i n b i o d i e s e l p r o d u c t i o n , e m b o d iments o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n , a s shoWn i n F I G . 1 , c o n s i d e rm a i n l y t h e m i n i m i z a t i o n o f raW m a t e r i a l t r a n s a c t i o n andl o g i s t i c a l c o s t s a n d y i e l d s m a x i m i z a t i o n , a s W e l l a s a d d i n gv a l u e t o b y p r o d u c t s .

S m a l l s c a l e i m p l i e s a g r e a t e r number o f p r o d u c t i o n u n i t s ,Which e n a b l e s l o c a t i o n s c l o s e r t o g r oWn d o m e s t i c a t e d ands e m i - d o m e s t i c a t e d p l a n t s , e x t r a c t i v e a c t i v i t i e s o f W i l d p l a n t s ,and a g r i b u s i n e s s u n i t s W i t h u s e f u l r e s i d u e s o r u n d e r - v a l u e db y p r o d u c t s . T h i s p r o x i m i t y a l l o W s d i r e c t b u y i n g a n d s e l l i n gbetWeen h e b i o d i e s e l p r o d u c t i o n u n i t and h e s e o r i g i n a l ra Wm a t e r i a l p r o d u c e r s . T he l a c k o f i n t e r r n e d i a t i o n m i n i m i z e st r a n s a c t i o n c os t s an d s h o r t e r d i s t a n c e s do t h e same f o r t r a n sp o r t a t i o n c o s t s . T r a n s p o r t a t i o n c o s t s t e n d t o groW W i t h p e t r oleum r i c e s g o i n g t o o r s u r p a s s i n g US$ 6 0 . 0 0 / b a r r e l . B e s i d e st h a t , s h o r t e r d i s t a n c e s means l e s s f u e l consumption o t r a n sp o r t raW a t e r i a l f o r bi o d i e s e l p r o d u c t i o n , e n h a n c i n g t h e N e tE n e r g y G a i n ( N E G ) i n d e x , t h a t i s , t h e e n e r g y p r o d u c e dd i v i d e d by h e e n e r g y consumed n t h a t p r o d u c t i o n . The n v ir o n m e n t a l u s e o f h e Word u s t a i n a b i l i t y , Whose i m p o r t a n c e i si n c r e a s i n g l y a c k n o W l e d g e d , i s c l o s e l y l i n k e d t o t h e NEGi n d e x .

D i r e c t b u y i n g a n d s e l l i n g b e t W e e n f a r m e r s a n d b i o d i e s e lp r o d u c e r s p r o m o t e s t h e i n p u t o f o r i g i n a l r a W m a t e r i a l c o nt a i n i n g l i p i d s , i n c l u d i n g , b u t n o t l i m i t e d t o , g l y c e r i d e s , F F A ,a n d p h o s p h o l i p i d s , a n d t h e o u t p u t o f c h e m i c a l l y - e n h a n c e do r g a n i c f e r t i l i z e r s , Which r e v e r y s e n s i t i v e t o l o g i s t i c a l c o s t s ,a l l o f t h a t r e q u i r in g i n t e g r a t e d o i l e x t r a c t i o n a n d b i o d i e s e lp r o d u c t i o n . I n t h e p r e s e n t s t a t e o f t h e a r t , o i l and a t s e x t r a c

20

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8t i o n a n d r e ? n i n g a r e d o n e i n o n e p l a n t t h a t s u p p l i e s t h e p u r e r a W m a t e r i a l ( u s u a l l y r e ? n e d o i l ) t o t h e b i o d i e s e l p r o d u c e r .

About 9 0% o f t h e W o r l d s p r o d u c t i o n o f f a t s a n d o i l s i su s e d i n e d i b l e p r o d u c t s , a n d t h e o b j e c t i v e o f m o s t p r o c e s s i n gs t e p s i s t o c o n v e r t c r u d e f a t s o f lo W a l a t a b i l i t y o r u n d e s i r a b l ep h y s i c a l f o r m i n t o r e ? n e d p r o d u c t s t h a t m e e t t h e r e q u i r ements f o r f o o d f a t s . T h a t i s a n o t h e r p r e s e n t a r t paradi gm i p a l a t a b i l i t y , p h y s i c a l f o r m and a l s o s h e l f l i f e i t h a t c a nand s h o u l d b e changed W i t h o i l s and a t s t o b e e s t e r i ? e d andt r a n s e s t e r i ? e d t o b i o d i e s e l . F o r e x a m p l e , W i t h i n t h e e d i b l e o i lp a r a d i g m , t h e e x t r a c t i o n o f f r e e f a t t y a c i d s ( F F A ) a n d p h o sp h o l i p i d s i s a v o i d e d m a i n l y t h r o u g h t h e u s e o f t h e s e l e c t i v eness o f co mmercia l hexane a s t h e s o l v e n t .

T h a t i s W h y , a s shoWn n F I G . 1 , t h e p r o c e s s and p p a r a t u sp r o v i d e a ? e x i b l e o p e r a t i o n c a p a b l e o f a c c e p t i n g a l a r g e r a n g eo f n o n - t r a d i t i o n a l raW m a t e r i a l s : m a i n l y t h o s e t h a t c o n t a i n si n e d i b l e o r u s u a l l y l e s s e d i b l e o i l s a n d f a t s o f p l a n t o r i g i n ,i n c l u d i n g , b u t n o t l i m i t e d t o , c a s t o r o i l ( R i c i n u s c o m m u n i s ) ,l i n s e e d o i l ( L i n u m u s i l a l i s s i m u m ) , p h y s i c - n u t ( J a l h r o p h a c u rc a s ) , n e e m - t r e e ( A z a d i r a c h l a i n d i c a ) , t u n g - n u t s ( A l e u r i l e sf o r d i i ) , c h i n e s e t a l l o W ( S a p i u m s e b i f e r u m ) , p u n n a i - n u t s( C a l o p h y l l u m i n o p h y l l u m ) , I n d i a n b e e c h r e e ( P o n g a m i a p i nn a l a ) , j o j o b a ( S i m m o n d s i a c h i n e n s i s ) , m a c a u b a ( A c r o c o m i aa c u l e a l e ) , b u r i t i ( M a u r i l i a ? e x u o s a ) , b a b a s s u ( O r b i g n i a marZ i n i a n a , O . o l e i f e r a , O . s p e c i o s a ) , a n d s a t u r a t e d f a t t y a c i d s o ft h e t W o o i l s o f t h e o i l palm t r e e ( E l a e i s g u i n e e n s i s ) . Theo r i g i n a l raW m a t e r i a l i n t h e o i l palm t r e e m ay b e t h e e n t i r e4 0 - 5 0 kg b u n c h o f f r u i t s , d e p e n d i n g on h e amount o f l i p i d sc o n t a i n e d o u t s i d e o f t h e f r u i t s . R e g a r d l e s s , a t l e a s t t h e e n t i r ef r u i t , i n c l u d i n g t h e h u s k , m a y b e u s e d a s t h e o r i g i n a l ra Wm a t e r i a l t o b e p r o c e s s e d , W i t h o u t s e p a r a t i o n o f t h e ? e s h( s o u r c e o f p a l m o i l ) a n d h e k e r n e l ( s o u r c e o f p a l m k e r n e l o i l ) .

Without r u n n i n g t h e r i s k o f o v e r e s t i m a t i o n , one can s a yt h a t t h e r e a r e m o r e h a n ?ve hundred l a n t s p e c i e s t h a t m ay bec o n s i d e r e d p o t e n t i a l s o u r c e s o f r aW m a t e r i a l f o r b i o d i e s e lp r o d u c t i o n , o u t s i d e o f t h o s e p r e f e r r e d f o r e d i b l e o i l m a n u f a ct u r e , a s shoWn n t h e W o r l d p r o d u c t i o n o f m a j o r v e g e t a b l e o i l si n t h e 2 0 0 1 / 2 0 0 2 c r o p i n m i l l i o n s o f m e t r i c t o n s ( t ) : s o yb e a n i 2 8 . 8 5 , p a l m o i l i 2 5 . 4 2 , s u n ? o W e r i 7 . 6 1 , r a p e s e e d i1 2 . 6 8 , c o t t o n s e e d i 3 . 8 2 , p e a n u t i 4 . 8 8 , c o c o n u t i 3 . 2 3 ,o l i v e i 2 . 7 8 , palm k e r n e l o i l i 3 . 1 2 ; W h i c h g i v e s a t o t a l o f9 2 . 4 m i l l i o n t / y e a r .

O f h e s e 50 0 s p e c i e s , o n l y a feW c a n b e c o n s i d e r e d t o t a l l yd o m e s t i c a t e d , such a s R i c i n u s communis and Linum u s i l a l i ss i m u m . By t o t a l l y i s meant a n e x t e n s i v e v a r i e t a l s s e l e c t i o n ,e s t a b l i s h e d c u l t i v a t i o n p r a c t i c e s i n d i v e r s e e n v i r o n m e n t s , h a rv e s t i n g p e r i o d a n d m e t h o d s , p o s t - h a r v e s t i n g p r o c e s s i n g a n ds t o r a g e , a n d ? n a l p r o c e s s i n g . A a r g e number m ay e c o n s i de r e d s e m i - d o m e s t i c a t e d , m e a n i n g t h a t d a t a f r o m t h e b e f o r ementioned a c t i v i t i e s a r e s c a r c e . Many f h e s e semi-domest i c a t e d p l a n t s h a v e b e e n s p r e a d a r o u n d t h e W o r l d b y humansb e t W e e n t h e 1 6 t h a n d 1 9 t h c e n t u r i e s f o r b o t a n i c a l g a r d e n i n gand a n d s c a p i n g , a s W e l l a s f o r economic u r p o s e s . Examplesi n c l u d e t h e s p e c i e s J a l h r o p a c u r c a s , A l e u r i l e s f o r d i i , S i mm o n d s i a c h i n e n s i s , a n d A c r o c o m i a a c u l e a l e . T h e l a r g e m a j o ri t y o f h e s e s p e c i e s , h o W e v e r , g r o W s W i l d , h i s t o r i c a l l y s p r e a dp r i m a r i l y by W i n d , b i r d s , a n d r o d e n t s . I n some c a s e s t h i ss p r e a d Wa s h e l p e d b y h u m a n s u n i n t e n t i o n a l a c t i o n , s u c h a s ,t h r o u g h ? r e . A n e x a m p l e i s t h e b a b a s s u palm t r e e , a n i n v a d e r k i n d o f p l a n t o f N o r t h e a s t e r n B r a z i l .

T he s e m i - d o m e s t i c a t e d and W i l d p l a n t s a r e e x p l o i t e d i n a ne x t r a c t i v e f a s h i o n i n t r o p i c a l a n d s e m i - t r o p i c a l c l i m a t e sW h e r e t h e y p r e d o m i n a t e a n d W h e r e p o o r r u r a l d W e l l e r sa b o u n d , s u c h a s i n I n d i a , B a n g l a d e s h , M y a n m a r , M a l a y s i a ,I n d o n e s i a , C h i n a , A f r i c a , a n d p a r t s o f B r a z i l a n d L a t i nAmerica. T h i s l o W - c o s t l a b o r s o u r c e i s i m p o r t a n t f o r e c on o m i c f e a s i b i l i t y , b u t t a l s o p r o v i d e s s o c i a l i n c l u s i o n t h r o u g h

7/27/2019 Us 8304566

19/40

US 8 , 3 0 4 , 5 6 6 B2c a s h - c r o p s a n d / o r c a s h b y e x t r a c t i v e a c t i v i t i e s , i n p l a c e sWhere cash a l t e r n a t i v e s a r e scarce o r i n e x i s t e n t . Flexibleo p e r a t i o n i s i m p o r t a n t , a l s o , t o a l l o W t h e u s e o f d i f f e r e n t raWm a t e r i a l s b y t h e s a m e p r o c e s s i n g p l a n t , t h e r e b y e n h a n c i n gi n s t a l l e d c a p a c i t y u t i l i z a t i o n a n d d i m i n i s h i n g c a p i t a l c o s t sb u r d e n p e r u n i t p r o d u c e d . The main e q u i p m e n t i a c i d - e nh a n c e d s o l v e n c y a n d e x p r e s s i o n - b a s e d e x t r a c t o r a n d i n s i t ur e a c t o r i p e r m i t s u c h p r o c e s s i n g o f v a r i o u s o r i g i n a l r a Wm a t e r i a l s a n d m i x t u r e s . T h i s c a p a c i t y i s i m p o r t a n t t o f a c i l i t a t ey e a r - r o u n d 2 4 - h o ur s o p e r a t i o n a n d t o i n t e n s i f y t h e d i f f u s i ono f h e p r o c e s s , s i n c e t h e r e a r e s e v e r a l p h a s e s t o c o m p l e t e ( s e e ,f o r e x a m p l e , C a n t i s a n i , T e c h n o l o g i c a l i n n o v a t i o n p r o c e s s e sr e v i s i t e d . T e c h n o v a l i o n , V o l . 2 6 , p p . 1 2 9 4 - 1 3 0 1 , 2 0 0 6 )betWeen n v e n t i o n and n n o v a t i o n ( i m p l y i n g commercial s u cc e s s ) , i n c l u d i n g t h e m o s t d i f ? c u l t d i f f u s i o n p h a s e .As shoWn i n F I G . 1 , ? e x i b l e op e r a t i o n a l s o a l l o W s t h e u s eo f p r e s e n t l y - d i s c a r d e d p o t e n t i a l raW a t e r i a l o r , a t l e a s t , a d d sv a l u e t o t h e i r p r e s e n t u s e s . Fo r e x a m p l e , s o a p s t o c k i s ab y p r o d u c t o f s o d a a s h a n d a l k a l i r e ? n i n g p r o c e s s e s o f e d i b l ev e g e t a b l e o i l s . A c c o r d i n g t o US. a t . N o . 3 , 4 2 8 , 6 6 0 , e n t i t l e dPROCESS FOR RECOVERING FATTY ACIDS ANDTRIGLYCERIDE OIL FROM SOAPSTOCK and i s s u e dF e b . 1 8 , 1 9 6 9 t o M o r r e n , o n e o f h e p r i n c i p a l p u r p o s e s o f h er e ? n i n g i s t o r e m o v e f r e e f a t t y a c i d s ( F F A ) , s u c h a c i d s b e i n gc o n v e r t e d t o t h e i r c o r r e s p o n d i n g a l k a l i s o a p s a n d b e i n gr e m o v e d With the aqueous phase . . The oapstock i t s e l f ha sr e l a t i v e l y l i t t l e v a l u e , h a v i n g l i t t l e u s e e x c e p t a s an d d i t i v e t oa n i m a l f e e d s , i t s p r i c e b e i n g o n e t e n t h o f r e ? n e d v e g e t a b l eo i l . That Wa s t h e s c e n a r i o b e f o r e b i o d i e s e l .

Assuming n a v e r a g e o f 9 3% i e l d o f n e u t r a l i z e d o i l i n t h er e ? n i n g p r o c e s s , t h e 9 2 . 4 m i l l i o n t o n s ( t ) o f raW m a t e r i a l sd e s c r i b e d a b o v e m u l t i p l i e d b y t h e 90% o f W o r l d p r o d u c t i o nd e s c r i b e d a b o v e Would o r i g i n a t e 5 , 8 2 3 , 0 0 0 t o f s o a p s t o c k ,Which m ay b e c o n v e r t e d t o b i o d i e s e l by r a d i t i o n a l and o v e lp r o c e s s e s . A r a d i t i o n a l p r o c e s s ( s e e , f o r e x a m p l e , H a a s e t a l . , S i m p l e , H i g h - E f ? c i e n c y S y n t h e s i s o f F a t t y A c i d M e t h y lE s t e r s f r o m S o a p s t o c k , J A O C S , V o l . 7 7 , p p . 3 7 3 - 3 7 9 , 2 0 0 0 )i s t h e c o m p l e t e s a p o n i ? c a t i o n o f t h e s o a p s t o c k , f o l l o W e d b ya c i d u l a t i o n u s i n g m e t h o d s s i m i l a r t o t h o s e p r e s e n t l yemployed by h e e d i b l e o i l i n d u s t r y . T h i s r e s u l t s i n a n a c i d o i lWith a FFA o n t e n t g r e a t e r than 90%. These FFA r e e ? ic i e n t l y c o n v e r t e d t o m e t h y l e s t e r s ( b i o d i e s e l ) b y a c i d - c a t al y z e d e s t e r i ? c a t i o n . According t o Haas t a l . , one can e x p e c ta 60% y i e l d o f b i o d i e s e l f o l l o W i n g t h e t r a d i t i o n a l p r o c e s s ;t h e r e f o r e , 5 , 8 2 3 , 0 0 0 t o f s o a p s t o c k > < 6 0 % z 3 , 4 93 , 8 0 0 t o fb i o d i e s e l . A n o t h e r p r o c e s s (U S . P a t . N o . 7 , 0 8 7 , 7 7 1 , e n t i t l e d M e t h o d o f m a k i n g a l k y l e s t e r s u s i n g g l y c e r i n , i s s u e d A u g .8 , 2006 t o Luxem t a l . ) f o l l o W s an o p p o s i t e r o u t e : r e a c t t h e70% F A W i t h g l y c e r o l , t o p r o d u c e a m i x t u r e o f mono-, d ia n d t r i - g l y c e r i d e s a s W e l l a s t h e o r i g i n a l p r e s e n t g l y c e r i d e s( < 3 0 % ) , a n d s u b s e q u e n t l y t r a n s e s t e r i f y t h r o u g h b a s i c c a t a l ys i s i n t o f a t t y a c i d a l k y l e s t e r s .

R i c e b r a n , o b t a i n e d a s a b y p r o d u c t i n p o l i s h i n g broWn i c ek e r n e l , h a s an i l c o n t e n t from 1 2 % o 25%, depending o n i c ev a r i e t y a n d d e g r e e o f o l i s h i n g . B e s i d e s t h e h i g h e r u t r i t i o n a lv a l u e o f t h e s i m p l y h u s k e d broWn i c e k e r n e l , t h e b r a n mustb e r e m o v e d t h r o u g h p o l i s h i n g b e c a u s e t h e b r a n o i l i s h i g h l yp e r i s h a b l e d u e t o t h e n a t u r a l p r e s e n c e o f l i p a s e e n z y m e s ,W h o s e a c t i v i t y i s e n h a n c e d b y m o i s t u r e . F o r e x a m p l e , a c c o r di n g t o O z g i i l e t a l . ( I n S i t u E s t e r i ? c a t i o n o f R i c e B r a n O i lW i t h M e t h a n o l a n d E t h a n o l , JAOCS, o l . 7 0 , p p . 1 4 5 - 1 4 7 ,1 9 9 3 ) a t y p i c a l r i c e b r a n s t o r e d i n a b o u t 1 2% m o i s t u r e Wentf r o m a n i n i t i a l 1 4 . 2 % by W e i g h t c o n t e n t ( W / W ) o f f r e e f a t t ya c i d s ( F F A ) i n r e l a t i o n t o t o t a l v e g e t a b l e o i l t o 68.4% W/ W o fF F A i n t h e o i l a f t e r 6 3 d a y s o f s t o r a g e . T he i n t e n s e r i c e b r a no i l d e t e r i o r a t i o n a n d t h e d i s p e r s i o n o f m i l l i n g p l a n t s i n t h emain i c e p r o d u c e r / c o n s u m e r c o u n t r i e s ( A s i a ) i s W h a t makes

20

25

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6 5

1 0t h e use o f i c e bran i l d i f ? c u l t f o r e d i b l e p u r p o s e s . T he samet h i n g h a p p e n s W i t h t h e m e t h o d s d e v i s e d t o s t a b i l i z e t h e muchm o r e n u t r i t i o u s broWn i c e , a s shoWn by Champagne e t a l .( U t i l i z i n g E t h a n o l t o P r o d u c e S t a b i l i z e d BroWn R i c e P r o du c t s . J A O C S , V o l . 6 9 , p p . 2 0 5 - 2 0 8 , 1 9 9 2 ) .

I n 2 0 0 5 t h e W o r l d p r o d u c t i o n o f p a d d y r i c e ( W i t h h u l l s ) Wa s7 0 0 m i l l i o n t , t h e l a r g e s t W o r l d c e r e a l c r o p , W h i c h p r o v i d e so n e ? f t h o f t h e c a l o r i e s consumed by h u m a n s . I n d i a , t h es e c o n d l a r g e s t p r o d u c e r W i t h 1 3 7 m i l l i o n t , p r o c e s s e d t h i sc r o p i n 1 2 4 , 0 0 0 r i c e m i l l s d i s t r i b ut e d i n 2 4 S t a t e s / U n i o nT e r r i t o r i e s f o r a n a v e r a g e o f , 1 0 0 t p e r m i l l . I n a c t u a l i t y , 6 0 %o f h e s e p l a n t s a r e W e l l b e l o W t h a t a v e r a g e , b e i n g s m a l l s i n g l eh u l l e r p l a n t s Whose b y p r o d u c t r i c e b r a n i s p r o d u c e d i n mixt u r e W i t h h u s k s , m a k i n g t h e l o g i s t i c a n d o i l e x t r a c t i o n p r o bl e m d i ? i c u l t t o s o l v e i n l a r g e p r o d u c t i o n s c a l e p l a n t s .

C o n s i d e r i n g 7 0 0 , 0 0 0 , 0 0 0 t o f p a d d y r i c e , y i e l d i n g a b o u t4 7 6 , 0 0 0 , 0 0 0 t o f e d i b l e r i c e , and h a t t h e r i c e b r a n c o n t e n t i sbetWeen 5% o 8% f h e g r a i n , a c o n s e r v a t i v e e s t i m a t e Wouldb e 3 1 , 0 0 0 , 0 0 0 t ( 4 7 6 , 0 0 0 , 0 0 0 t > < 6 . 5 % ) o f p o t e n t i a l r i c e b r a nr a W m a t e r i a l f o r b i o d ie s e l p r o d u c t i o n , m e a n i n g a b o u t 5 , 7 0 0 ,0 0 0 ( 3 1 , 0 0 0 , 0 0 0 t > < 1 8 . 4 % ) o f i l W i t h FFA o n t e n t s r a n g i n gfrom 1 0% o 8 0 % W/W. The ? e x i b l e p r o c e s s e s and a p p a r a t u sa r e p r e f e r a b l y c a p a b l e o f h a n d l i n g s u c h W i d e r a n g e o f FFAc o n t e n t s . F o r t h i s r e a s o n , t h i s b y p r o d u c t o f e d i b l e r i c e , ap r o d u c t o f s e v e r a l v a r i e t i e s o f O r y z a s a l i v a a n d O . g l a b e rr i m a , p l a n t s d o m e s t i ca t e d a r o u n d 5 , 0 0 0 BC, s a n i m p o r t a n tp o t e n t i a l r a W m a t e r i a l f o r b i o d ie s e l p r o d u c t i o n . A c c o r d i n g t oO z g u l e t a l . ( F A M o n o a l k y l e s t e r s f r o m R i c e B r a n O i l b y i nS i t u E s t e r i ? c a t i o n . JAOCS, V o l . 8 0 , p p 8 1 - 8 4 , 2 0 0 3 ) f o r i ns i t u a c i d - c a t a l y z e d e s t e r i ? c a t i o n a n d t r a n s e s t e r i ? c a t i o n o fr i c e b r a n W i t h up o 85 % FFA, t h e m ax i m u m i e l d o f b i o d i es e l W a s 80% ( W / W ) . A l t h o u g h i n p r e f e r r e d e m b o d i m e n t s , t h ep r o c e s s e s and p p a r a t u s a r e e x p e c t e d t o a c h i e v e a t l e a s t 9 5 %( W / W ) y i e l d , e v e n c o n s i d e r in g o n l y 80% i e l d a n d 40% f i c eb r a n r e c y c l i n g , o n e g e t s 5 , 7 0 0 , 0 0 0 > < 8 0 % > < 4 0 % : 1 , 8 2 4 , 0 0 0 to f b i o d i e s e l .

T h e t o b a c c o p l a n t , m a i n l y v a r i e t i e s o f N i c o l i a n a Z a b a c u m ,i s t h e m o s t W i d e l y groWn c o m m e r c i a l n o n - f o o d p l a n t i n t h eW o r l d , d e s p i t e t h e d e l e t e r i o u s e f f e c t s o f t h e c o n s u m p t i o n o fi t s d e r i v a t i v e s b y h u m a n s . W o r l d p r o d u c t i o n , l e d b y C h i n a ,I n d i a , B r a z i l , and h e USA as 5 . 7 m i l l i o n t i n t h e 2002/2003c r o p , c o r r e s p o n d i n g t o a b o u t 2 . 7 m i l l i o n h e c t a r e s ( m i l l i o n h a )o f c r o p a r e a . I f t h e ?oWers Were n o t c u t t o i n t e n s i f y l e a fd e v e l o p m e n t ( a s u s u a l l y d o n e i n N i c o l i a n a Z a b a c u m p l a n t at i o n s b u t n o t W i t h T u r k i s h t o b a c c o v a r i e t i e s o f N i c o l i a n ar u s l i c a ) , o n e c o u l d e s t i m a t e 0 . 8 t s e e d s / h a W i t h 35 % ( W / W ) o fo i l c o n t e n t , g i v i n g 0 . 8 t s e e d s / h a > < 0 . 3 5 t o i l / t s e e d > < 2 , 7 0 0 , 0 0 0h a : 7 5 6 , 0 0 0 o f i l , g e n e r a l l y W i t h FF A o n t e n t s W i t h i n 1 0%30% ( W / W ) .A W o s t e p p r o c e s s , n a m e l y a c i d - c a t a l y z e d e s t e r i ? c a t i o nf o l l o W e d b y b a s i c - c a t a l y z e d t r a n s e s t e r i ? c a t i o n o f t h e s e o i l s ,p r o d u c e s b i o d i e s e l W i t h i n t h e l i m i t s p r e s c r i b e d b y ASTMD6 7 5 1 - 0 2 a n d D IN EN 4 2 1 4 s t a n d a r d s , a s shoWn by e l j k o v i ce t a l . ( B i o d i e s e l p r o d u c t i o n f r o m t o b a c c o ( N i c o l i a n aZ a b a c u m L . ) s e e d o i l W i t h a h i g h c o n t e n t o f f r e e f a t t y a c i d s ,F u e l , V o l . 8 5 , p p . 2 6 7 1 - 2 6 7 5 , 2 0 0 6 ) . A c c o r d i n g t o V e l j k o v i ce t a l . , a m ax i m u m c o n v e r s i o n o f 9 1 % ( W / W ) i s a c h i e v a b l e .Assuming n 85% i e l d , o n e g e t s 7 5 6 , 0 0 0 o f o i l > < 0 . 8 5 z 6 4 3 ,000 t o f b i o di e s e l a s t h e m a x i m u m p o t e n t i a l o f t h e s e p r e se n t l y - d i s c a r d e d b y p r o d u c t s o f N i c o l i a n a Z a b a c u m a n d N i co l i a n a r u s l i c a .

W o r l d p r o d u c t i o n o f a r a b i c a c o f f e e ( v a r i e t i e s o f C o f e aa r a b i c a ) a n d r o b u s t a c o f f e e ( v a r i e t i e s o f C o ? e a c a n e p h o r a ) i s6 . 7 m i l l i o n t / y e a r . B r a z i l , b e i n g t h e l a r g e s t W o r l d p r o d u c e ra n d e x p o r t e r a n d t h e s e c o n d l a r g e s t c o n s u m e r ( b e h i n d t h eUSA), s t h e s o u r c e o f 2 . 0 m i l l i o n t o f t h i s World o t a l . Underp r e d o m i n a n t B r a z i l i a n c o n d i t i o n s : c u l t i v a t i o n ( u n d e r t h e s u n ,

7/27/2019 Us 8304566

20/40

US 8 , 3 0 4 , 5 6 6 B21 1

n o t i n s h a d e s ) , h a r v e s t ( a l l c o f f e e b e r r i e s , i n d e p e n d e n t o fm a t u r a t i o n s t a g e a r e c o l l e c t e d ) , a n d p o s t - h a r v e s t ( d r y i n gunder h e s u n o f Whole c o f f e e b e r r i e s ) , a b o u t 20% f t h e c r o pp r o d u c e s d e f e c t iv e b e a n s , Whose a s t e d e v i a t i o n s , When r a n sf o r m e d t o l i q u i d c o f f e e , makes t a c o f f e e consumed o n l y byv e r y p o o r p e o p l e . Depending on f u t u r e t r a d e - o f f c o n d i t i o n s2 , 0 0 0 , 0 0 0 > < 0 . 2 : 4 0 0 , 0 0 0 t o f c o f f e e c o u l d b e e x p l o i t e d a s ap o t e n t i a l b i o d i e s e l raW m a t e r i a l .

A c c o r d i n g t o Khan t a l . ( T h e C o m p o s i t i o n o f C o f f e e O i la n d t s C o m p o n e n t F a t t y A c i d s , J A O C S , p p . 6 0 7 - 6 0 9 , 1 9 5 3 ) ,c o f f e e g r o u n d s a r e m a i n l y c o m p o s e d o f p r o t e i n s , c a r b o h yd r a t e s , a n d l i p i d s . A b o u t 20%-25% ( W / W ) o f h e d r y W e i g h t o ft h e W a t e r - e x t r a c t e d g r o u n d s i s r e c o v e r a b l e a s o i l . T h e r e f o r e ,c o n s i d e r i n g l o c a t i o n s W h e r e c o f f e e g r o u n d s a r e l e s s d i s p e r s e( e . g . , i n s t a n t c o f f e e p l a n t s a n d c o f f e e h o u s e n e t w o r k s ) , i f 40%o f W a t e r - e x t r a c t e d c o f f e e g r o u n d s a r e r e c y c l e d : 0 . 4 0 > < 6, 7 0 0 ,0 0 0 > < 0 . 9 0 > < 0 . 2 2 z 5 3 1 , 0 0 0 t o f c o f f e e o i l . C o n s e r v a t i v e l yg u e s s i n g a y i e l d o f 85% n b i o d i e s e l c o n v e r s i o n , o n e c o u l d g e t5 3 1 , 0 0 0 > < 0 . 8 5 : 4 5 1 , 0 0 0 t o f b i o d i e s e l .The W o r l d p r o d u c t i o n o f t o m a t o ( v a r i e t i e s o f Solanuml y c o p e r s i c u m ) i n 2004 Wa s 1 2 0 m i l l i o n . Assuming h a t 25 %i s i n d u s t r i a l l y p r o c e s s e d , t h a t t h e p o m a c e ( W i t h s e e d s ) r e p r es e n t s 3 0% ( W / W ) o f t h e f r e s h f r u i t s W e i g h t , t h a t t h e r e i s ana v e r a g e o f 46 % ( W / W ) o f s e e d s i n t h e pomace ( e a c h t o m a t of r u i t h a s betWeen 7 3 and 346 s e e d s ) , and t h a t an a v e r a g e o f20% f i l c o n t e n t i n t h e We t s e e d s i s a c o n s e r v a t i v e e s t i m a t e ,a n d a s s u m i n g 60% o f pomace e c y c l i n g , i n c l u d i n g t h e r e c yc l i n g o f d i s c a r d e d f r u i t s , o n e h a s : l 2 0 , 0 0 0 , 0 0 0 > < 0 . 2 5 > < 0 . 3 0 > < 0 . 2 0 > < 0 . 6 0 : 4 9 6 , 8 0 0 t oftomato s e e d s o i l . Assuming an85% o n v e r s i o n r a t e a s b e f o r e , 4 9 6 , 8 0 0 > < 0 . 8 5 : 4 2 2 , 3 0 0 t o fb i o d i e s e l Would b e p r o d u c e d . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h ep r o c e s s a n d a p p a r a t u s a r e p r e f e r a b l y c a p a b l e o f p r o c e s s i n gd i r e c t l y We t pomace mixed W i t h d i s c a r d e d t o m a t o f r u i t s .

T he mo t i n t e r n a t i o n a l l y t r a d e d f r u i t s a r e t h o s e o f t h eg e n u s C i t r u s , m a i n l y v a r i e t i e s o f t h e s W e e t o r a n g e ( C i t r u ss i n e n s i s ) . F r e s h f r u i t s a n d t h e i r d e r i v a t i v e s a n d , i n c r e a s i n g l y ,f r o Z e n o r a n g e j u i c e c o n c e n t r a t e a r e t r a d e d . The l a r g e r Worldp r o d u c e r s o f h e s e c o n c e n t r a t e s a r e i n t h e s t a t e of Sao P a u l o i nB r a z i l and t h e s t a t e o f F l o r i d a i n t h e USA. The e s t i m a t e d2007/08 sWeet orange c r o p i n F l o r i d a Wa s 168 m i l l i o n boxeso f 4 0 . 6 k g , a n d t h e S a o P a u l o a n d n e i g h b o r i n g s t a t e o f MinasG e r a i s 2006/07 c r o p Wa s 35 2 m i l l i o n b o x e s . T h e r e f o r e , 6 . 8 +1 4 . 3 z 2 0 . 1 m i l l i o n t o f W e e t o r a n g e s Were produced i n t h e s es t a t e s .

I n t h e Sa o P a u l o s t a t e , t h e p e r a v a r i e t i e s o f C i t r u s s i n e ns i s t h a t p r e d o m i n a t e s c o n t a i n s f e W e r s e e d s , from 5 t o 1 0 p e rf r u i t , a l t h o u g h t h e a v e r a g e number o f s e e d s i n C i t r u s f r u i t sv a r i e s i n t h e r a n g e o f 20 o 48 s e e d s p e r f r u i t . C o n s i d e r i n g t h e p e r a v a r i e t i e s a n d t h e o n e s c u l t i v a t e d fo r j u i c e i n F l o r i d a , i ti s f a i r t o s a y t h a t t h e W e i g h t o f h e s e e d s r e p r e s e n t s 1 .5% o f h eW e i g h t o f t h e f r e s h f r u i t s . And, s o , F l o r i d a a n d S a o P a u l oc r o p s Would g e n e r a t e 2 0 . 1 m i l l i o n t > < 0 . 0 1 5 : 3 0 1 , 5 0 0 t o fs e e d s . Assuming 25 % o f o i l i n t h e Wet Whole s e e d s , one g e t s7 5 , 0 0 0 t o f o i l . T he most u s e d o r a n g e j u i c e e x t r a c t o r , fromFMC e c h n o l o g i e s , I n c . ( H o u s t o n , T e x . , U S A ) , s e p a r a t e s t h ep e e l f r o m t h e ( j u i c e + ? e s h + s e e d s ) o f t h e o r a n g e s , a n d t h a tl a t t e r p a r t , W i t h o u t t h e j u i c e , c a n b e p r o c e s s e d d i r e c t l y i n t h ea p p a r a t u s o f h i s i n v e n t i o n t o g e t h e r W i t h d i s c a r d e d o r a n g e s .

T he 2005 World r o d u c t i o n o f C i t r u s f r u i t s Wa s 6 2 m i l l i o nt . Assuming a n a v e r a g e s e e d c o n t e n t o f 2.5% (W/W) and 40%r e c y c l i n g , o n e Would g e t 6 2 m i l l i o n > < 0 . 4 0 > < 0 . 0 2 5 > < 0 . 2 5 : 1 5 5 ,00 0 o f C i t r u s s e e d o i l , o f h i g h F F A o n t e n t a n d , s o , f o l l o Wi n g t h e 85% i e l d a b o v e , 1 5 5 , 0 0 0 > < 0 . 8 5 z 1 3 2 , 0 0 0 o f b i o d i es e l .

I n 2005 t h e t o t a l World u b b e r p r o d u c t i o n Wa s 2 1 m i l l i o n .F o r t y t W o p e r c e n t o f h i s Wa s a t u r a l r u b b e r , e x t r a c t e d m a i n l yfrom h e l a t e x o f Hevea r a s i l i e n s i s . O f h e t o t a l o f 8 . 9 m i l l i o n

20

25

30

35

40

45

50

55

60

6 5

1 2t o f n a t u r a l r u b b e r , 9 4 % came from Asian c o u n t r i e s , I n d o n es i a , M a l a y s i a a n d T h a i l a n d b e i n g r e s p o n s i b l e f o r 72% o f t h et o t a l n a t u r a l r u b b e r p r o d u c t i o n a n d , i n t h e s e c o u n t r i e s , o n eh a s c h e a p r u r a l l a b o r f o r f a l l i n g f r u i t s g a t h e r i n g .

There a r e 9 . 3 m i l l i o n ha o f Hevea b r a s i l i e n s i s p l a n t a t i o n sW o r l d W i d e . Assuming an a v e r a g e o f 0 . 0 8 5 t / h a p e r y e a r( h i g h l y d e p e n d e n t on t r e e s a g e ) , t h e m axi mu m c o l l e c t a b l eamount o f s e e d s i s a b o u t 8 0 0 , 0 0 0 o f s e e d s y e a r l y

us 8304566

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