生物質轉化系統的制作方法

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生物質轉化系統的制作方法
【專利摘要】當處理纖維素類生物質時，為了方法效率的目的，可能希望消化裝置在不完全泄壓的情況下操作。生物質轉化系統可以包括：在操作上相互連接的第一消化裝置和第二消化裝置；分隔第一消化裝置和第二消化裝置的閥；在第一消化裝置的出口與第二消化裝置的入口之間建立流體連通的流體循環回路；和在第二消化裝置的出口與流體循環回路之間建立流體連通的旁通管線。
【專利說明】生物質轉化系統

【技術領域】
[0001] 本發明大體涉及纖維素類生物質的處理，和更具體地涉及生物質轉化系統和方法，其中一個消化裝置可以起加壓和消化生物質的雙重作用以向在30bar或更高的高壓下操作的另一消化裝置進料。

【背景技術】
[0002] 已經有大量注意力放在了開發化石燃料的替代能源上。很有希望的一種化石燃料替代物為生物質，特別是纖維素類生物質如植物生物質。如這里所應用的，術語〃生物質〃指存活的或近期存活的生物物質。生物質內的復雜有機分子可以提取出來并分解為簡單的有機分子，這些簡單的有機分子隨后可以通過已知的化學轉化處理為工業化學品或燃料共混物（即生物燃料）。盡管生物質、特別是植物生物質在這方面很有潛力，但還沒有實現能夠將生物質轉化為所述物質的能量和成本有效的方法。
[0003] 由于位于高級植物細胞壁內的木質纖維素材料，纖維素類生物質是世界上最豐富的碳水化合物來源。植物細胞壁被分為兩部分：初生細胞壁和次生細胞壁。初生細胞壁提供細胞膨脹的結構支撐和含有三種主要的多糖（纖維素、膠質和半纖維素）和一組糖蛋白。在細胞完成生長后產生的次生細胞壁也含有多糖和通過與半纖維素共價交聯的聚合木質素加固。通常發現半纖維素和膠質很豐富，但纖維素是最主要的多糖和最豐富的碳水化合物來源。所有這些物質在這里統稱為〃纖維素類生物質〃。
[0004] 植物可以貯存例如糖、淀粉、纖維素、木質纖維素和/或半纖維素形式的碳水化合物。所有這些物質均可以代表轉化為工業化學品或燃料共混物的原料。碳水化合物可以包括單糖和/或多糖。如這里所應用的，術語"單糖"指不能進一步水解為更簡單碳水化合物的羥基醛或羥基酮。單糖的例子可以包括例如右旋糖、葡萄糖、果糖和半乳糖。如這里所應用的，術語〃多糖〃指包含兩個或更多個通過糖苷鍵鏈接在一起的單糖的糖類。多糖的例子可以包括例如蔗糖、麥芽糖、纖維二糖和乳糖。碳水化合物在光合作用的過程中產生，這是將二氧化碳轉化為有機化合物以貯存能量的過程。當碳水化合物被氧化產生二氧化碳和水時，可以釋放出該能量。
[0005] 盡管很有希望，但生物基燃料技術的開發和實施進展緩慢。有多種原因導致這種開發緩慢。理想地，生物燃料要與現有的發動機技術兼容，和能夠通過現有的運輸基礎設施分配。用于形成生物燃料的現有工業方法局限于發酵糖和淀粉為乙醇，這與這些作為食物源的物質產生競爭。另外，當用作燃料時，乙醇的能量密度低。雖然一些有可能用作燃料的化合物可以由生物質來源產生（例如乙醇、甲醇、生物柴油、費-托柴油和氣體燃料如氫和甲烷），但這些燃料通常需要新的分配設施和/或發動機技術來適應它們的物理特性。正如上文所述，仍需要開發可以以類似于化石燃料的成本和能量有效的方式轉化生物質為燃料共混物的工業可放大方法。

【發明內容】

[0006] 本發明大體涉及纖維素類生物質的處理，和更具體地涉及生物質轉化系統和方法，其中一個消化裝置可以起加壓和消化生物質的雙重作用以向在30bar或更高的高壓下操作的另一消化裝置進料。
[0007] 在一些實施方案中，本發明提供一種方法，所述方法包括：提供生物質轉化系統，所述生物質轉化系統包括：在操作上相互連接的第一消化裝置和第二消化裝置；在第一消化裝置的出口與第二消化裝置的入口之間建立流體連通的流體循環回路；和在第二消化裝置的出口與流體循環回路之間建立流體連通的旁通管線；任選地在第一消化裝置和第二消化裝置內至少部分消化纖維素類生物質，從而形成在液相內包含可溶性碳水化合物的水解產物；使第一消化裝置與第二消化裝置隔離和然后使第一消化裝置至少部分泄壓；在使第一消化裝置至少部分泄壓后和在第二消化裝置中繼續消化的同時，向第一消化裝置裝載纖維素類生物質，和使第一消化裝置再加壓至其壓力小于或等于第二消化裝置內的壓力；和使第一消化裝置再加壓后，將至少一部分纖維素類生物質從第一消化裝置輸送至第二消化裝直。
[0008] 在一些實施方案中，本發明提供一種方法，所述方法包括：至少部分消化任選地在第一消化裝置和第二消化裝置內包含的纖維素類生物質，以產生在液相內包含可溶性碳水化合物的水解產物，其中第一消化裝置和第二消化裝置在操作上相互連接；通過在第一消化裝置的出口與第二消化裝置的入口之間建立流體連通的流體循環回路使液相從第一消化裝置循環至第二消化裝置；使第一消化裝置與第二消化裝置隔離，從而液相通過在第二消化裝置的出口與流體循環回路之間建立流體連通的旁通管線繼續流過第二消化裝置至流體循環回路；在第二消化裝置中繼續進行水解的同時，向第一消化裝置中添加纖維素類生物質和將第一消化裝置加壓至其壓力小于或等于第二消化裝置內的壓力；平衡第一消化裝置和第二消化裝置間的壓力；和將至少一部分纖維素類生物質從第一消化裝置輸送至第二消化裝置。
[0009] 在一些實施方案中，本發明提供生物質轉化系統，所述系統包括：在操作上相互連接的第一消化裝置和第二消化裝置；在第一消化裝置和第二消化裝置間的壓力隔離機構；在第一消化裝置的出口與第二消化裝置的入口之間建立流體連通的流體循環回路；和在第二消化裝置的出口與流體循環回路之間建立流體連通的旁通管線。
[0010] 在閱讀了如下對優選實施方案的描述后，對本領域的普通技術人員來說本發明的特征和優點將變得更明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 包括如下附圖來描述本發明的某些方面，和不應將它們看作是排它性實施方案。所公開的主題能夠在形式和功能方面進行相當大程度的調整、改變、組合和等價替換，這對于本領域技術人員在受益于本公開內容后是很明顯的。
[0012] 圖1給出了生物質轉化系統的一個描述性實施方案的示意圖，所述系統允許其中的消化裝置在高壓下操作的同時半連續地裝載生物質。
[0013] 圖2給出了生物質轉化系統的另一個描述性實施方案的示意圖，所述系統允許其中的消化裝置在高壓下操作的同時半連續地裝載生物質。
[0014] 圖3給出了生物質轉化系統的一個描述性實施方案的示意圖，所述系統允許其中的消化裝置在高壓下操作的同時連續地裝載生物質。
[0015] 圖4給出了生物質轉化系統的另一個描述性實施方案的示意圖，所述系統允許其中的消化裝置在高壓下操作的同時連續地裝載生物質。
[0016] 圖5給出了生物質轉化系統的另一個描述性實施方案的示意圖，所述系統允許其中的消化裝置在高壓下操作的同時半連續地裝載生物質。
[0017] 圖6給出了描述性生物質轉化系統的示意圖，所述系統具有組合的消化裝置/加壓區。

【具體實施方式】
[0018] 本發明大體涉及纖維素類生物質的處理，和更具體地涉及生物質轉化系統和方法，其中一個消化裝置可以起加壓和消化生物質的雙重作用以向在30bar或更高的高壓下操作的另一消化裝置進料。
[0019] 如果不在這里另外指出，應理解的是在以下說明書中應用術語〃生物質〃指〃纖維素類生物質固體"。所述固體可以為任何尺寸、形狀或形式。在這里描述的一些實施方案中，纖維素類生物質固體可以以這些固體尺寸、形狀或形式的任何一種自然存在，或者在消化前可以進一步處理。在這里描述的一些實施方案中纖維素類生物質固體可以以漿液形式存在。
[0020] 在實施本發明的實施方案中，可以應用任何類型的合適生物質來源。合適的纖維素類生物質來源可以包括例如林業殘余物、農業殘余物、草本物料、市政固體廢物、廢棄和回收的紙、紙漿和造紙廠殘余物、以及它們的任意組合。因此，在一些實施方案中，合適的纖維素類生物質可以包括例如玉米秸桿、稻草、甘蔗渣、芒草、蜀黍殘余物、柳枝稷、竹子、水葫蘆、硬木、硬木屑、硬木漿、軟木、軟木屑、軟木漿和/或它們的任意組合。葉子、根、種子、莖等可以用作纖維素類生物質的來源。纖維素類生物質的通用來源可以包括例如農業廢物 (如玉米秸桿、稻草、種子殼、甘蔗渣、堅果殼等）、木材（如木頭或樹皮、鋸屑、木材削砍物、伐木場碎渣等）、市政廢物（如廢紙、草坪修剪物或殘渣等）、和能源作物（如白楊、柳樹、柳枝稷、苜蓿、草原須芒草、玉米、黃豆等）。可以基于如下考慮例如纖維素和/或半纖維素含量、木質素含量、生長時間/季節、生長地點/運輸成本、種植成本、收割成本等選擇纖維素類生物質。
[0021] 當轉化生物質為工業化學品和燃料共混物時，其中的復雜有機分子需要分解為可以轉化為其它化合物的更簡單分子。對于纖維素類生物質，該方法的第一步通常通過消化生產可溶性碳水化合物。纖維素類生物質的消化可以應用酸或堿在牛皮紙類方法中在低溫和低壓下實施以產生生物質漿液。這類消化方法通常在造紙和紙漿工業中應用。按照這里描述的實施方案，在高溫和高壓下在消化溶劑的存在下可以使纖維素類生物質的消化速率加快，其中所述高溫和高壓使消化溶劑在高于其正常沸點下保持為液態。在各種實施方案中，消化溶劑可以包含有機溶劑，特別是原位產生的有機溶劑，正如下文所述，這可以提供特別的優點。
[0022] 當消化溶劑在高溫和高壓下應用時，消化過程可能會變得非常消耗能量。如果消化過程的能量輸入需求變得太大，纖維素類生物質作為原料物質的經濟可行性可能會受到危害。也就是說，如果消化纖維素類生物質需要的能量輸入太大，處理成本可能會變得高于所產生產物的實際價值。為了保持處理成本低，應該保持消化過程外部添加的熱輸入量盡可能低，同時實現纖維素類生物質盡可能高地轉化為可溶性碳水化合物。
[0023] 前述高溫/高壓消化方法的一個特別的問題在于可能很難向高壓下操作的消化裝置添加纖維素類生物質。這種困難的一個原因是纖維素類生物質、特別是木材可能相當硬和在輸送過程中壓縮成不泄壓的活塞存在問題。為了保持消化裝置連續操作需要向加壓的消化裝置中添加生物質。如果消化裝置必須至少部分泄壓和冷卻以添加更多的生物質，可能會導致消耗成本的工藝停工時間。另外，當消化裝置必須冷卻和至少部分泄壓時，使消化裝置回到其正常操作溫度和壓力可能明顯增加了過程的能量輸入需求。這種能量輸入低效率可能會危害生物質作為原料物質的可行性。
[0024] 本發明提供允許纖維素類生物質有效消化以形成可溶性碳水化合物的系統和方法，所述碳水化合物隨后可以通過一個或多個催化還原反應（例如氫解和/或加氫）轉化為包含含氧中間體的反應產物，而所述含氧中間體可以進一步被處理為高級烴。所述高級烴可用于形成工業化學品和運輸燃料（即生物燃料），所述運輸燃料包括例如合成汽油、柴油燃料、噴氣燃料等。如這里所應用的，術語"生物燃料"指由生物來源形成的任何運輸燃料。
[0025] 如這里所應用的，術語〃可溶性碳水化合物〃指在消化過程中變得可溶解的單糖或多糖。如這里所應用的，術語"含氧中間體"指由可溶性碳水化合物的催化還原反應（例如氫解和/或加氫）產生的醇、多元醇、酮、醛和它們的混合物。如這里所應用的，術語〃高級烴〃指由生物質來源的至少一個組分產生的氧碳比小于所述組分氧碳比的烴。如這里所應用的，術語"烴"指主要包含氫和碳的有機化合物，雖然在一些實施方案中雜原子如氧、氮、硫和/或磷也可能存在。因此，術語"烴"也包括例如雜原子取代的含碳、氫和氧的化合物。
[0026] 可以在纖維素類生物質中存在的示例性的碳水化合物可以包括例如糖、糖醇、纖維素、木質纖維素、半纖維素和它們的任意組合。一旦按這里描述的實施方案通過消化過程從生物質基質中脫除了可溶性碳水化合物，可溶性碳水化合物可以通過催化還原反應被轉化為包含含氧中間體的反應產物。直到通過催化還原反應轉化，可溶性碳水化合物才非常具有反應性和可能在消化條件下經受降解。例如，可溶性碳水化合物可以降解為不溶性副產物，例如，聚焦糖和其它不容易通過進一步反應轉化為生物燃料的重質降解產物。這種降解產物也可能對于生物質處理中應用的設備有害。因此，在一些實施方案中，可溶性碳水化合物和消化溶劑在流體循環回路中循環以從消化條件中將它們脫除，和將它們通過催化還原反應轉化為反應性更低的含氧中間體。
[0027] 在一些實施方案中，含氧中間體可以應用進一步的氫解反應、加氫反應、縮合反應、異構化反應、低聚反應、加氫處理反應、燒基化反應等的組合進一步轉化為生物燃料。在一些實施方案中，可以將至少一部分含氧中間體再循環至消化裝置以構成至少一部分消化溶劑。從熱整合和過程效率角度來看，再循環至少一部分含氧中間體至消化裝置也可能是特別有利的。
[0028] 正如前面提到的，處理纖維素類生物質的一個重要問題是開發可以為加壓消化裝置連續或半連續提供新鮮生物質的機構和方法。如果沒有能力為加壓的消化裝置引入新鮮生物質，在添加新鮮生物質的過程中可能會發生消化裝置的泄壓和冷卻，明顯地降低了轉化方法的能量和成本效率。如這里所應用的，術語〃連續加入〃及其語法等價用語指在不完全泄壓消化裝置的情況下以不間斷方式向消化裝置中加入生物質的過程。如這里所應用的，術語"半連續加入"及其語法等價用語指在不完全泄壓消化裝置的情況下不連續但按需向消化裝置中加入生物質。向加壓消化裝置連續或半連續進料的能力從時間和成本節約角度來看可能是有利的。另外，新鮮生物質的引入可能比想象中更頻繁地發生。
[0029] 開發可向加壓消化裝置裝載生物質固體的機構和方法不是簡單的事情。正如本發明人所發現的，在將生物質引入消化裝置前，可能希望用消化溶劑、特別是含有機溶劑的消化溶劑浸泡或浸潤生物質固體。在一些情況下，用消化溶劑浸泡生物質可能使得在將其引入到消化裝置時更容易為生物質加壓。在一些情況下，用消化溶劑浸泡生物質可以降低生物質在消化裝置中漂浮的傾向。消化裝置中漂浮的生物質可能造成消化效率低和很難向消化裝置中引入更多的生物質。另外，生物質漂浮可能使得很難實現消化裝置的壓力隔離。例如，生物質漂浮可能使得很難關閉為消化裝置提供壓力隔離的閥門。如前所述，本發明的實施方案可以克服為加壓消化裝置裝載生物質時遇到的許多這種障礙。特定實施方案的優點將參考附圖在下文更為詳細地進行討論。
[0030] 這里描述的生物質轉化系統的主要優點在于所述系統被設計為有利于生物質高度轉化為可溶性碳水化合物，可溶性碳水化合物隨后可以被處理為生物燃料。這里描述的生物質轉化系統和相關方法與造紙和紙漿工業的那些是有區別的，后者的目的是獲得部分消化的紙漿，而不是獲得盡可能多量的可溶性碳水化合物。在一些實施方案中，以干基計，至少60%的纖維素類生物質可以消化為包含可溶性碳水化合物的水解產物。在其它實施方案中，以干基計，至少90%的纖維素類生物質可以可以消化為包含可溶性碳水化合物的水解產物。本系統的設計通過在處理生物質期間減少降解產物的形成可以達到這么高的轉化率。
[0031] 在一些實施方案中，這里描述的生物質轉化系統可能使消化裝置在高壓下連續操作。例如，在一些實施方案中，消化裝置可以在至少30bar的壓力下操作，同時將生物質加入到其中。在一些實施方案中，生物質轉化系統可以包括：在操作上相互順序連接的裝載機構、加壓區、和消化裝置；在消化裝置的入口和出口之間建立流體連通的流體循環回路；在流體循環回路與加壓區之間建立流體連通的流體輸送管線；其中加壓區與消化裝置在操作上相互連接，其連接方式使得加壓區的至少一部分纖維素類生物質可以被輸送至消化裝置，同時消化裝置在至少30bar的壓力下操作。
[0032] 在一些實施方案中，這里描述的方法可以包括：提供包括在操作上相互連接的加壓區和消化裝置的生物質轉化系統；在第一壓力下提供纖維素類生物質；將至少一部分纖維素類生物質引入加壓區和然后將加壓區加壓至比第一壓力高的第二壓力；在使加壓區加壓后，將至少一部分纖維素類生物質從加壓區輸送至消化裝置，所述消化裝置處于小于或等于第二壓力但高于第一壓力的第三壓力下；和在消化裝置內消化至少一部分纖維素類生物質，以產生在液相內包含可溶性碳水化合物的水解產物。
[0033] 在一些實施方案中，這里描述的方法包括：提供包括在操作上相互連接的加壓區和消化裝置的生物質轉化系統；提供纖維素類生物質；將至少一部分纖維素類生物質引入加壓區和然后用包含有機溶劑的液相使加壓區至少部分加壓；在使加壓區加壓后，將至少一部分纖維素類生物質從加壓區輸送至消化裝置，其中所述消化裝置的壓力小于或等于加壓區的壓力；和以干基計，消化至少90%的纖維素類生物質，以產生在液相內包含可溶性碳水化合物的水解產物。
[0034] 在一些實施方案中，所述生物質轉化系統可以進一步包括在操作上與加壓區連接的裝載機構。在本發明的實施方案中，可以應用能夠投放或輸送生物質的任何類型的裝載機構。合適的裝載機構可以包括例如輸送帶、振動管輸送機、螺桿給料器、箱式分配器等等。應認識到在一些實施方案中，可以省略裝載機構。例如，在一些實施方案中，向加壓區加入纖維素類生物質可以手動實施。在一些實施方案中，可以同時向加壓區提供和引入纖維素類生物質。也就是說，不需要應用裝載機構。
[0035] 在一些實施方案中，消化裝置可以為例如碳鋼、不銹鋼或類似合金的壓力容器。在一些實施方案中，可以應用單個消化裝置。在其它實施方案中，可以應用串聯、并聯或它們的任意組合操作的多個消化裝置。在一些實施方案中，可以在連續操作的加壓消化裝置中實施消化。但在其它實施方案中，可以以間歇模式實施消化。合適的消化裝置可以包括例如〃PANDIA? Digester"(Voest-Alpine Industrienlagenbau GmbH, Linz, Austria)> "DEFIBRATOR Digester"（Sunds Defibrator AB Corporation, Stockholm, Sweden)、 M&D(Messing&Durkee)digester (Bauer Brothers Company, Springfield, Ohio, USA)和 KAMYR Digester(Andritz Inc. , Glens Falls，New York，USA)。在一些實施方案中，可以將生物質至少部分浸入到消化裝置中。在其它實施方案中，消化裝置可以按滴流床或者堆疊類消化裝置操作。在一些實施方案中也可以應用流化床或攪拌接觸的消化裝置。合適的消化裝置的設計可以包括例如并流、逆流、攪拌釜或流化床消化裝置。
[0036] 消化通常可以在液相中實施。在一些實施方案中，液相可以包括包括水的消化溶齊IJ。在一些實施方案中，液相可以進一步包括有機溶劑。在一些實施方案中，有機溶劑可以包括由可溶性碳水化合物催化還原反應產生的含氧中間體。例如，在一些實施方案中，消化溶劑可以包括由可溶性碳水化合物氫解反應產生的含氧中間體。在一些實施方案中，可以將生物乙醇加入到水中用作起始消化溶劑，隨后產生包含含氧中間體的溶劑。如果需要，與水可混溶的任何其它有機溶劑也可以用作起始消化溶劑。通常，在消化過程中存在足夠量的液相，從而使生物質表面保持潤濕。可以進一步選擇液相的量以保持可溶性碳水化合物的濃度足夠高，從而在隨后的催化還原中達到所需的高反應速率，但也不能太高致使降解成為問題。在一些實施方案中，可溶性碳水化合物的濃度可以保持低于液相的5wt%以使降解盡可能少。但應認識到在一些實施方案中可以應用更高的濃度。在一些實施方案中，有機酸例如乙酸、草酸和乙酰水楊酸可以作為消化過程的酸促進劑包括在液相中。
[0037] 在一些實施方案中，消化之前，可以洗滌纖維素類生物質和/或減小其尺寸（例如通過切割、粉碎、剝皮等）以達到用于消化的所需尺寸和質量。所述操作可以脫除干擾可溶性碳水化合物的進一步化學轉化的物質，和/或提高消化溶劑浸入生物質內。在一些實施方案中，洗滌可以在加壓前在消化裝置內實施。在其它實施方案中，洗滌可以在將生物質放入消化裝置之前實施。
[0038] 在一些實施方案中，消化溶劑可以包括原位產生的有機溶劑的含氧中間體。如這里所應用的，術語"原位產生的有機溶劑"指由可溶性碳水化合物的催化還原反應產生的反應產物，其中所述催化還原反應在與生物質轉化系統偶合的催化還原反應器裝置中發生。在一些實施方案中，原位產生的有機溶劑可以包括至少一種醇、酮或多元醇。在替代的實施方案中，消化溶劑可以至少部分由外部來源提供。例如，在一個實施方案中，可以應用生物乙醇來補充原位產生的有機溶劑。在一些實施方案中，可以將消化溶劑分離、貯存或選擇性地注入消化裝置中，從而保持所需的可溶性碳水化合物的濃度。
[0039] 在一些實施方案中，消化可以在高溫和高壓下實施一段時間。在一些實施方案中，消化可以在100-240°C的溫度下實施一段時間。在一些實施方案中，所述的時間段可以為 0. 25-24小時。在一些實施方案中，產生可溶性碳水化合物的消化可以在l-100bar (絕壓）的壓力下實施。
[0040] 在各種實施方案中，合適的生物質消化技術可以包括例如酸消化、堿消化、酶消化和應用熱壓水的消化。
[0041] 有各種因素可以影響消化過程。在一些實施方案中，可以在溫度低于160°C下從生物質中提取出半纖維素以產生主要為c 5碳水化合物的餾分。當溫度升高時，這種c5碳水化合物餾分可以被熱降解。因此可能有利的是轉化c 5和/或c6碳水化合物和/或其它糖中間體為更穩定的中間體如糖醇、醇和多元醇。通過在催化還原反應器裝置中使可溶性碳水化合物反應和循環至少一部分反應產物至消化裝置，含氧中間體的濃度可以增加至工業可行的濃度，同時保持低的可溶性碳水化合物濃度。
[0042] 在一些實施方案中，借助于碳水化合物組分部分降解形成的有機酸（例如羧酸），纖維素消化可以在高于160°C時開始，在溫度為約190°C時溶解完成。一些木質素可以在纖維素之前溶解，而其它木質素可能堅持到更高溫度。這些木質素可以在稍后時刻任選脫除。可以選擇消化溫度從而在溶解碳水化合物的同時限制降解產物的形成。
[0043] 在一些實施方案中，可以應用多個消化裝置。在這些實施方案中，首先將生物質引入在160°C或更低溫度下操作的消化裝置中，以在不明顯降解C 5碳水化合物和一些木質素的情況下使它們溶解。然后剩余的生物質可以流出第一消化裝置和送至第二消化裝置。可以應用第二消化裝置在更高溫度下溶解C 6碳水化合物。在另一個實施方案中，可以應用一系列具有溫度逐漸升高的溫度分布的消化裝置，從而在每一個中溶解所需的碳水化合物餾分。
[0044] 在一些實施方案中，通過向加壓區引入至少一部分液相可以至少部分使加壓區內的纖維素類生物質加壓。在一些實施方案中，通過向加壓區內引入氣體可以至少部分使加壓區內的纖維素類生物質加壓。在一些實施方案中，可以通過向加壓區加入至少部分液相、隨后加入氣體使加壓區加壓。在一些實施方案中，所述液相可以包含有機溶劑，如原位產生的有機溶劑。在一些實施方案中，可以將原位產生的溶劑從消化裝置輸送至加壓區。在一些或其它的實施方案中，可以將原位產生的有機溶劑從與消化裝置的出口流體連通的流體循環管路內的緩沖罐輸送。
[0045] 下面參考附圖描述本發明的一些實施方案。在一些實施方案中，附圖中描述的生物質轉化系統可以允許生物質固體連續或半連續地裝載入其中加壓的消化裝置，從而允許以基本不間斷的方式處理生物質。但也可以應用間歇處理。在一些實施方案中，當消化裝置在30bar或更高的壓力、更典型地在70bar或更高的壓力下操作時，生物質轉化系統能夠進行這種連續或半連續加料。在一些實施方案中，在向消化裝置輸送生物質后，消化裝置可以處于30bar或更高的壓力下。
[0046] 圖1給出了生物質轉化系統的一個描述性實施方案的示意圖，所述系統允許其中的消化裝置在高壓下操作的同時半連續地裝載生物質。正如圖1所示，生物質轉化系統1包括消化裝置2,所述消化裝置2與加壓區4和裝載容器6按順序操作相連。加壓區4包括壓力容器5。閥8和8'允許壓力容器5和消化裝置2相互隔離和加壓。在一些實施方案中，可以應用由管線10提供的從消化裝置2輸送的液相使壓力容器5加壓。在一些或其它實施方案中，可以應用通過管線7從任選的緩沖容器3輸送的液相使壓力容器5加壓。所述液相可以包含消化溶劑、可溶性碳水化合物和/或由可溶性碳水化合物產生的反應產物。應用管線7和10是任選的，和也可以應用其它方式使壓力容器5加壓，包括例如外部液體或氣體。但應注意應用來自消化裝置2的液相實施加壓可能是有利的，因為它減小了加入后加熱生物質的需求，和導致隨后輸送至消化裝置時較小的溫度變化。也可以存在任選的流體循環回路11，以從消化裝置的一部分向另一部分輸送液相。可以按需使用流體循環回路 11，以獲得消化裝置中所需的溫度曲線，從而實現最優的消化速率。
[0047] 生物質轉化系統1也包括流體循環回路12,它可以將消化裝置2中產生的水解產物循環至催化還原反應器裝置14。流體循環回路12中的流體流動方向用箭頭表示。催化還原反應器裝置14可以將水解產物中的可溶性碳水化合物轉化為包含含氧中間體的反應產物。例如，在一個實施方案中，水解產物可以在催化氫解反應中通過與氫接觸至少部分轉化為含氧中間體。隨后反應產物可以通過流體循環回路12再循環至消化裝置2和/或通過取出管線16脫除用于進一步處理為生物燃料。例如，隨后的處理步驟可以包括進一步的催化還原反應（例如氫解反應、加氫反應、加氫處理反應如加氫脫硫和加氫脫氮等等）、縮合反應、異構化反應、脫水反應、低聚反應、烷基化反應等等，以從反應產物中脫除至少部分含氧的官能團和任選的其它官能團，從而制備具有所需特性的生物燃料。
[0048] 在圖1中描述的實施方案中，構造流體循環回路12和消化裝置2,從而在消化裝置內建立逆流流動。雖然在消化裝置2內建立逆流流動可能是有利的，但并不要求這么做。例如，通過在消化裝置2的頂部附近連接流體循環回路12可以建立并流。在流體循環回路 12內循環液相可能是希望的，因為可溶性碳水化合物產生不希望的重端副產物的高反應性可以通過在催化還原反應器裝置14中的催化還原降低。從熱管理的角度來看，也可能希望在流體循環回路12內再循環反應產物至消化裝置2。例如，消化過程是吸熱的，從而需要加入熱量，而在催化還原反應器裝置14中發生的催化還原反應是放熱的。流體循環回路12 內的液相可以將這股熱量返回至消化裝置2 (否則它將會被浪費），從而減少從外部來源提供熱量的需求。這可以提高生物質轉化方法的總能量效率，和使得所述方法對于形成生物燃料來說更加經濟可行。
[0049] 在圖1的生物質轉化系統的操作中，可以將生物質引入加壓容器5。隨后，可以使加壓容器5加壓至其壓力大于或等于消化裝置2內的壓力。在一些實施方案中，可以用來自消化裝置2和/或緩沖容器3的液相使加壓容器2至少部分加壓。一旦需要為消化裝置 2引入更多的生物質，可以打開閥8'，和壓差可以驅動生物質進入消化裝置2,而在消化裝置中不產生壓降。這可能允許消化裝置在不中斷的情況下繼續其操作。隨后，再一次關閉閥8'，以維持消化裝置2處于壓力隔離下，和可以使壓力容器5至少部分泄壓和隨后再裝載。
[0050] 圖2給出了生物質轉化系統的另一個描述性實施方案的示意圖，所述系統允許其中的消化裝置在高壓下操作的同時半連續地裝載生物質。圖2描述的生物質轉化系統20 包括消化裝置22、裝載容器26、流體循環回路32、催化還原反應器裝置34、采出管線36和任選的管線31，它們與參考圖1所述的類似元件類似地進行操作。圖1的加壓區4包括一個壓力容器5,而圖2的加壓區24包括壓力容器25和25'，它們通過閥28"分開。閥28 和28'實施與圖1實施方案中類似的功能。在一些實施方案中，可以應用管線30和30' 從消化裝置22為壓力容器25或25'提供液相。同樣，在一些實施方案中，也可以應用管線27和27'從任選的緩沖容器23為壓力容器25或25'提供液相。任選地，也可以應用外部添加的氣體或液體來實施加壓。外部添加的氣體或液體可以獨立于或附加于從消化裝置22或緩沖容器23引入的液相。
[0051] 圖2中描述的生物質轉化系統可以類似于圖1中描述的系統進行操作，差別在于如何向加壓區引入生物質和使加壓區加壓。在一個實施方案中，加壓區24可以例如通過在每一個加壓容器中逐步升高壓力而逐級加壓。在一個實施方案中，可以將生物質放入壓力容器25中，然后可以將其加壓至第一壓力。在一個替代的實施方案中，在單個壓力容器中可以存在多個壓力區。隨后，可以將生物質通過壓力輔助輸送至壓力容器25 '，然后可以將其加壓至大于或等于正在操作的消化裝置22的壓力的第二壓力。在一個實施方案中，壓力容器25中的壓力可以小于壓力容器25'中的壓力，從而在每次輸送之后壓力"逐步增加"。當加壓整個加壓區很困難或不必要時，用這種類型的壓力遞增輔助向消化裝置中引入生物質固體可能是有利的。在另一個實施方案中，壓力容器25和25'中的壓力可以基本相同，和壓力容器25可以簡單地是準備輸送至壓力容器25'的生物質保存區域。也就是說，在壓力容器25'中不必增加壓力。一旦已經從壓力容器25輸送生物質，可以使其至少部分泄壓和重新繼續裝載生物質。應認識到雖然圖2只描述了兩個壓力容器，但按前述實施方案可以應用任何數量的壓力容器。
[0052] 在另一個實施方案中，壓力容器25和25'都可以包含生物質和可以被加壓至大于或等于消化裝置22中的壓力。在這個實施方案中，如上所述，壓力容器25'中的至少部分生物質可以輸送至消化裝置22,而壓力容器25中的生物質保持為可用于隨后輸送至壓力容器25'和然后輸送至消化裝置22的狀態。一旦壓力容器25已經清空了生物質，可以使其至少部分泄壓和重新裝填新鮮生物質。
[0053] 在一些實施方案中，可以構造加壓區從而可以將生物質連續地加入到加壓的消化裝置中。在下文更詳細地討論了能夠為加壓的消化裝置連續加入生物質的幾個生物質轉化系統。
[0054] 圖3給出了生物質轉化系統的一個描述性實施方案的示意圖，所述系統允許其中的消化裝置在高壓下操作的同時連續地裝載生物質。與圖1描述的生物質轉化系統類似，生物質轉化系統40包括消化裝置42、裝載容器46、流體循環回路52、催化還原反應器裝置 54、采出管線56和任選管線51。正如圖3所示，加壓區44包括活塞形成給料器43和43'，它們與放置于其間的任選的保存容器53串聯連接。管線50和50'可以用于從消化裝置 42為活塞形成給料器43或43'分別提供液相。來自緩沖罐57的管線也可以用于為活塞形成給料器43和43'提供液相，雖然這些管線在圖3中沒有清楚地表示出這種意圖。概括地說，可以應用任何類型的活塞形成機械給料系統。正如圖3所示，活塞形成給料器43和 43'為螺桿給料器。在一個替代的實施方案中，活塞驅動給料器可以用作兩個或一個活塞形成給料器。
[0055] 在生物質轉化系統40的操作中，可以將裝載容器46中的生物質提供給活塞形成給料器43,其可以至少部分逐步升高生物質的壓力。例如，活塞形成給料器43可以建立增加系統壓力的包含生物質的流體活塞。然后可以將生物質輸送至保存容器53,其可以在生物質被輸送至活塞形成給料器43'和隨后引入到消化裝置42之前保持生物質處于高壓狀態。在一個實施方案中，活塞形成給料器43可以建立大于或等于消化裝置42中壓力的壓力，和活塞形成給料器43'可以維持或增加該壓力。在另一個實施方案中，活塞形成給料器 43可以建立低于消化裝置42的壓力，和活塞形成給料器43'可以進一步逐步增加該壓力，從而使其大于或等于消化裝置42的壓力。如上所述，應用活塞形成給料器43和43'可以允許生物質以基本連續的方式引入消化裝置42。如果需要，也可以應用不連續的生物質加入方式。雖然圖3只描述了兩個串聯操作的活塞形成給料器，但應認識到可以應用任何數量。類似地，保存容器的數量也可以大于一個。
[0056] 替代如圖3所示設置串聯的活塞形成給料器，在其它實施方案中，活塞形成給料器可以相互之間并聯設置和以往復運動的方式操作。圖4給出了生物質轉化系統的另一個描述性實施方案的示意圖，所述系統允許其中的消化裝置在高壓下操作的同時連續地裝載生物質。如果需要，也可以應用不連續的生物質添加方式。圖4描述的生物質轉化系統類似于圖3中描述的系統，只是活塞形成給料器43和43'在圖4中并聯設置和省略了保存容器53。圖4中的其它元件與圖3中描述的相同，和因此不再進一步描述。
[0057] 如果生物質不能被壓縮為機械活塞密封以進料至更高壓力，則圖4中展示的結構可能是特別有利的。在圖4所示的實施方案中，可以在較低壓力下裝載一個給料器，而在裝載后可以使并聯的給料器預先加壓至所需要的輸送壓力。在操作圖4的生物質轉化系統時，可以將生物質提供給第一螺桿給料器、加壓并輸送至消化裝置。當第一螺桿給料器中的生物質被輸送至消化裝置時，可以用生物質裝載第二螺桿給料器并加壓，從而當第一螺桿給料器倒空時，可以從第二螺桿給料器繼續引入生物質。然后可以使倒空的螺桿給料器至少部分泄壓，重新裝填生物質和再壓縮以重新繼續添加過程。雖然圖4只描述了并聯操作的兩個螺桿給料器，但應認識到可以應用任何數量。
[0058] 在另一個替代的結構中，可以應用單個給料器（例如螺桿給料器或活塞驅動的給料器）為加壓的消化裝置半連續地添加生物質。圖5給出了生物質轉化系統的另一個描述性實施方案的示意圖，所述系統允許其中的消化裝置在高壓下操作的同時半連續地裝載生物質。在圖5的生物質轉化系統的操作中，可以為給料器43裝載生物質和加壓，和然后可以將生物質輸送至消化裝置42。一旦已經輸送了生物質，可以使給料器43至少部分泄壓、重新裝載生物質和再加壓，以用于需要加入更多生物質時。圖5中的其它元件與圖3中描述的相同，和因此不再進一步描述。
[0059] 應用上述系統為加壓的消化裝置裝載生物質可以實現多個優點。一個優點是通過應用來自消化裝置和/或與消化裝置流體連通的緩沖容器中的液相使加壓區加壓，可以實現更好的熱整合。如果用外部溶劑或氣體加壓，在將其引入消化裝置前可能必須使加壓區中的生物質加熱；否則，在消化裝置中可能會發生明顯的溫度變化，從而造成在各種情況下方法的低效率。應用來自消化裝置的液相可以減小消化裝置中液相的停留時間，從而減小在消化裝置內可溶性碳水化合物降解的可能性。如前所述，通過使液相循環流過流體循環回路和在催化還原反應裝置中使可溶性碳水化合物反應產生含氧中間體也可以減少可溶性碳水化合物的降解。
[0060] 在如上所述的各種實施方案中，消化裝置的壓力可以保持在至少30bar的壓力以保持滿意的消化速率。在一些實施方案中，消化裝置可以保持在30-430bar的壓力。在一些實施方案中，消化裝置可以保持在50-330bar的壓力。在一些實施方案中，消化裝置可以保持在70-130bar的壓力。在一些實施方案中，消化裝置可以保持在30-130bar的壓力。應認識到當將生物質從加壓區輸送至消化裝置時，壓力會在這兩者之間平衡。如果消化裝置和加壓區的壓力不相等，當將生物質引入消化裝置時，消化裝置中至少有一些壓力改變。按照上述的實施方案，消化裝置的壓力保持相同或者增加，因為當輸送生物質時加壓區的壓力大于或等于消化裝置的操作壓力。當然，在一些實施方案中，如果需要，在生物質輸送后可以調節消化裝置的壓力。
[0061] 在一些實施方案中，在從加壓區引入生物質之前，消化裝置可以稍微低于其正常操作壓力。在一些實施方案中，可以將消化裝置的壓力降低至其正常操作壓力的至少75%，和然后可以從加壓區引入生物質。在這種實施方案中，當引入生物質時，消化裝置將經歷壓力增加。在一些實施方案中，該壓力增中可以使消化裝置返回其正常操作壓力。在其它實施方案中，在將生物質引入消化裝置后，可以實施進一步的壓力調節。
[0062] 在本發明的一個替代的實施方案中，消化裝置的操作壓力可以比用于向消化裝置輸送生物質的保存容器的壓力高。在隨后的描述中，可以在消化裝置內結合生物質轉化系統的加壓區，從而一部分消化裝置起消化和壓力裝載的雙重作用。在這個實施方案中，至少一半消化裝置可以在高壓下連續操作，而消化裝置的剩余部分可以起消化和生物質裝載的雙重作用。起雙重作用的消化裝置的部分可以在用于生物質消化的高壓和用于生物質裝載的低壓之間循環。
[0063] 在煉廠中，由于航空限制塔高限定為200英尺高。當高度限制與本實施方案相關時，它最終表示為在任一次中可在消化裝置中處理的生物質量的限制。也就是說，在這里描述的實施方案中，為了滿足總高度要求，消化裝置可能只能為確定的高度。在實踐中，在上文描述的實施方案中，消化裝置的高度甚至更低，因為加壓區和裝載容器也需要容納在塔高中。如果更大的塔高可用于活性消化，而不是周期性裝載和加壓，則可以實現更高的生物質通量。隨后描述的實施方案可以實現這個優點，同時保持上文已經描述的多個優點。也就是說，隨后描述的實施方案在部分消化裝置中組合了消化和加壓功能從而實現上述優點。 [0064] 在一些實施方案中，生物質轉化系統可以包括：在操作上相互連接的第一消化裝置和第二消化裝置；第一消化裝置和第二消化裝置之間的壓力隔離機構；在第一消化裝置的出口與第二消化裝置的入口之間建立流體連通的流體循環回路；和在第二消化裝置的出口與流體循環回路之間建立流體連通的旁通管線。
[0065] 在本發明的實施方案中可以應用任何類型的合適壓力隔離機構，和本領域普通技術人員可以預期這一點。合適的壓力隔離機構可以包括例如球閥、閘閥、滑動閘閥、刀形閘閥、固定（trunion)閥、法蘭等。
[0066] 這些生物質轉化系統的主要優點是壓力可以在第二消化裝置中連續地保持，而第一消化裝置起著消化生物質和向第二消化裝置引入生物質的雙重作用。通過使第一消化裝置起這種雙重作用，整個塔高的較大百分比可以用于消化，從而增加了方法的效率。在一些實施方案中，第二消化裝置可以在尺寸上大于或等于第一消化裝置。
[0067] 在一些實施方案中，生物質轉化系統可以進一步包括在流體循環回路中的至少一個催化還原反應器裝置。在一些實施方案中，催化還原反應器裝置可以包括能夠活化分子氫的至少一種催化劑。這種催化劑的進一步描述在下文中提供。
[0068] 在一些實施方案中，生物質轉化系統可以進一步包括與第一消化裝置的出口流體連通和位于流體循環回路內的至少一個緩沖容器。在一些實施方案中，所述緩沖容器可以位于第一消化裝置和催化還原反應器裝置之間。
[0069] 在一些實施方案中，生物質轉化系統可以進一步包括與第一消化裝置在操作上偶合的裝載機構。合適的裝載機構已經在上文進行了詳細描述。
[0070] 在一些實施方案中，可以應用前述生物質轉化系統按如下方式處理纖維素類生物質。
[0071] 在一些實施方案中，處理纖維素類生物質的方法可以包括：提供生物質轉化系統，所述系統包括：在操作上相互連接的第一消化裝置和第二消化裝置；在第一消化裝置的出口和第二消化裝置的入口之間建立流體連通的流體循環回路；和在第二消化裝置的出口與流體循環回路之間建立流體連通的旁通管線；任選地在第一消化裝置和第二消化裝置中至少部分消化纖維素類生物質，從而形成在液相內包含可溶性碳水化合物的水解產物；使第一消化裝置與第二消化裝置隔離和然后使第一消化裝置至少部分泄壓；在使第一消化裝置至少部分泄壓后和在第二消化裝置中繼續消化的同時，向第一消化裝置裝載纖維素類生物質，和使第一消化裝置再加壓至其壓力小于或等于第二消化裝置內的壓力；和在使第一消化裝置再加壓后，將至少一部分纖維素類生物質從第一消化裝置輸送至第二消化裝置。
[0072] 在一些實施方案中，處理纖維素類生物質的方法可以包括：至少部分消化任選地在第一消化裝置和第二消化裝置中包含的纖維素類生物質，從而形成在液相內包含可溶性碳水化合物的水解產物，其中第一消化裝置和第二消化裝置在操作上相互連接；通過在第一消化裝置的出口和第二消化裝置的入口之間建立流體連通的流體循環回路使液相從第一消化裝置循環至第二消化裝置；使第一消化裝置與第二消化裝置隔離，從而液相通過在第二消化裝置的出口與流體循環回路之間建立流體連通的旁通管線繼續流過第二消化裝置至流體循環回路；在第二消化裝置中繼續水解的同時，向第一消化裝置加入纖維素類生物質和使第一消化裝置加壓至其壓力小于或等于第二消化裝置內的壓力；平衡第一消化裝置和第二消化裝置間的壓力；和將至少一部分纖維素類生物質從第一消化裝置輸送至第二消化裝置。
[0073] 在一些實施方案中，在向第二消化裝置加入纖維素類生物質后，所述方法可以進一步包括在至少30bar的壓力下至少在第二消化裝置中繼續消化纖維素類生物質。在一些實施方案中，按干基計，至少60%的纖維素類生物質可以被消化以產生包含可溶性碳水化合物的水解產物。在一些實施方案中，按干基計，至少90%的纖維素類生物質可以被消化以產生包含可溶性碳水化合物的水解產物。
[0074] 圖6給出了組合有消化裝置/加壓區的描述性生物質轉化系統的示意圖。圖6中描述的生物質轉化系統100包括裝載容器102、消化裝置104和消化裝置106,它們按順序相互連接。消化裝置104通過閥114與裝載容器102隔離，和通過閥116與消化裝置106 隔離。消化裝置104與流體循環回路110相連，所述流體循環回路在消化裝置104的出口與消化裝置106的入口之間建立流體連通。當閥116關閉時，消化裝置104和106相互之間隔離，雖然此時液相可以通過旁通管線112在流體循環回路110內繼續循環。
[0075] 在流體循環回路110內，可以存在至少一個催化還原反應器裝置120,它可以將消化裝置104和106中產生的水解產物轉化為反應產物，所述反應產物可以隨后轉化為生物燃料。在一個實施方案中，催化還原反應器裝置120可以實施氫解反應。可以將來自催化還原反應器裝置120的反應產物再循環至消化裝置106和/或通過采出管線122從流體循環回路110脫除和進一步處理為生物燃料。
[0076] 在一些實施方案中，可以構造流體循環回路110從而其中的流體可以以逆流進入消化裝置106。但應認識到流體循環回路110可以與消化裝置106相連，從而可以建立任何流型。任選的管線140可以使液相在消化裝置106中從第一位置循環至第二位置。
[0077] 在一些實施方案中，生物質轉化系統可以進一步包括流體循環回路內的緩沖容器。正如圖6所述，緩沖容器130可以位于流體循環回路110內消化裝置104和催化反應器裝置120之間。人們要在生物質轉化系統中包括緩沖容器的一個目的是用來調節流體循環回路110內的流量，這是由于系統內壓力變化的結果造成的。當加入生物質時，在系統操作過程中可能會發生這些壓力變化，正如下文更為詳細討論的那樣。
[0078] 圖6描述的實施方案中，消化裝置104可以起雙重作用，即能夠用生物質裝載消化裝置106,而在不用于裝載消化裝置106時作為消化裝置進行操作。也就是說，消化裝置104 組合了加壓區和部分消化裝置的功能。當不被裝載時，消化裝置104和106可以有效地用作單個更大的消化裝置。正如前文所述，消化裝置104的這種雙重功能允許生物質轉化系統100的更大高度被用于消化目的，這樣單次可以處理更大量的生物質。
[0079] 在一些實施方案中，圖6中描述的生物質轉化系統可以按如下操作。可以將生物質裝入消化裝置104和106中，和在消化溶劑的存在下可以開始消化過程。由生物質產生的水解產物可以通過流體循環回路110循環，和在催化還原反應器裝置120中至少部分轉化為反應產物，和然后至少部分反應產物可以再循環至消化裝置106。在一些實施方案中，進入消化裝置106的液相可以進入從而為熱量管理目的建立起逆流流動。當發生消化時，打開閥116,從而液相流過消化裝置104和106,這兩者有效地作為單個更大的消化裝置起作用。
[0080] 當想要向消化裝置106中加入更多生物質時，可以關閉閥116,從而循環的液相不再進入消化裝置104,而是通過旁通管線112從消化裝置106直接送至流體循環回路110。也就是說，消化裝置104和106相互之間可以壓力隔離。一旦閥116已經關閉，可以為消化裝置104至少部分泄壓，而消化裝置106保持在其正常的操作高壓（例如30bar或更高）下。
[0081] 應注意確定向消化裝置106添加更多生物質的決定可以響應多個不同的引發器實施。在一些實施方案中，可以在固定的時間點定期添加。一些實施方案中，添加可以響應操作員的輸入手動實施。在其它實施方案中，添加可以響應第二消化裝置內的傳感器而實施。例如，在一些實施方案中，當消化裝置106內的生物質量低于預定位置時，可以關閉閥 116開始引入更多生物質。
[0082] 一旦消化裝置104已經至少部分泄壓，可以通過裝載容器102為消化裝置104添加更多的生物質。在這點處，可以再次關閉閥114和可以使消化裝置104再加壓。加壓前，可以將液相引入消化裝置104內的生物質。在一些實施方案中，液相可以通過管線132來自消化裝置106。在其它實施方案中，液相可以來自外部來源。正如上文所描述，使消化裝置104內的生物質加壓可能具有多個工藝優點，這可以導致更有效的消化。在一些實施方案中，可以應用氣體進一步使消化裝置104加壓。在一些實施方案中，可以將消化裝置104 加壓至壓力高達消化裝置106操作的壓力。也就是說，當用于裝載時，消化裝置104通常保持在壓力小于或等于消化裝置106的操作壓力。
[0083] 一旦已經將消化裝置104加壓合適的時間長度（例如用液相浸潤生物質），可以再一次打開閥116。在消化裝置106的壓力比消化裝置104高的實施方案中，當壓力在消化裝置間平衡時，可能有流體從消化裝置106溢出至消化裝置104。一旦壓力平衡，消化裝置 104中的至少部分生物質可以落入消化裝置106以補充消化的消耗。在這點處，流體循環可以在消化裝置104、消化裝置106和流體循環回路110間繼續，而旁通管線112不再用于維持流體循環。以這種方式，在不間斷或不泄壓的情況下可以在消化裝置106中繼續消化。再一次，對于成本和能量有效轉化生物質為生物燃料來說，這是高度有利的方面。
[0084] 當流體從消化裝置106溢流至消化裝置104時，流體循環回路110中可能存在有流量變化。這種類型的流量變化可能使系統難于控制，和有時可能對下游催化反應器裝置有害。在這方面，有利的是在流體循環回路110中包括緩沖容器130。包括緩沖容器130可以通過在到達催化還原反應器裝置120之前主要在緩沖容器130內保持流量變化而穩定流體循環回路110中的流量。
[0085] 在這里描述的各種實施方案中，消化裝置可以通常保持在至少30bar的壓力下，以確保在所需的速率下發生消化。在一些實施方案中，消化裝置可以保持在30-430bar的壓力下。在一些實施方案中，消化裝置可以保持在50-330bar的壓力下。在一些實施方案中，消化裝置可以保持在70-130bar的壓力下。在其它實施方案中，消化裝置可以保持在 30-130bar的壓力下。應注意到前述壓力指發生消化時的壓力。也就是說，前述壓力指消化裝置的正常操作壓力。在更特別的實施方案中，第二消化可以保持在至少30bar、或至少 50bar、或至少70bar的壓力下。
[0086] 在加壓區用于為消化裝置引入生物質的實施方案中，一旦已經向加壓區引入生物質，通常將加壓區加壓至其壓力大于或等于消化裝置的壓力。在該壓差下，當平衡壓力時，生物質可能由壓力輔助輸送至消化裝置。
[0087] 在兩個或多個消化裝置連接在一起和一個消化裝置起用于消化和向另一個消化裝置引入生物質的雙重作用的實施方案中，用于加壓的消化裝置內的壓力通常保持為其壓力低于或等于另一消化裝置的壓力。正如上文所述，在該壓力差下，當兩者之間的閥打開時，在第二消化裝置中的液相和被消化的生物質將溢流至第一消化裝置。壓力平衡后，然后第一消化裝置中的至少部分生物質和液相可以通過重力作用輸送至第二消化裝置。在這點處，第二消化裝置中的生物質量已經恢復，不需要將第二消化裝置返回至用于裝載的常壓，和然后可以在兩個消化裝置內繼續消化。
[0088] 在一些實施方案中，這里描述的方法可以進一步包括轉化水解產物為生物燃料。在一些實施方案中，正如上文所述，轉化水解產物為生物燃料可以開始于催化氫解反應，以將消化產生的可溶性碳水化合物轉化為包含含氧中間體的反應產物。正如上文所述和圖 1-6中所描述的，反應產物可以再循環至消化裝置，以進一步輔助消化過程。在一些實施方案中，通過任何數量的進一步催化重整反應可以進一步轉化所述反應產物，所述催化重整反應包括例如進一步的催化還原反應（例如氫解反應、加氫反應、加氫處理反應等）、縮合反應、異構化反應、脫硫反應、脫水反應、低聚反應、燒基化反應等。初始的氫解反應和進一步的催化重整反應的說明在下文中進行描述。
[0089] 已知多種過程用于進行碳水化合物的氫解。一種適合的方法包括：在有效形成包含含氧中間體例如較小分子或多元醇的反應產物的條件下，使碳水化合物或穩定的羥基中間體與任選與稀釋氣體混合的氫和氫解催化劑接觸。這里使用的術語"較小分子或多元醇" 包括分子量較低的任何分子，它可以包括比起始碳水化合物數量更少的碳原子或氧原子。在一個實施方案中，反應產物可以包括較小分子，例如多元醇和醇。氫解的這方面需要斷開碳-碳鍵。
[0090] 在一個實施方案中，可以在能夠活化分子氫的催化劑存在下利用氫解反應將可溶性碳水化合物轉化為相對穩定的含氧中間體，例如丙二醇、乙二醇和甘油。合適的催化劑可以包括例如 Cr、Mo、W、Re、Mn、Cu、Cd、Fe、Co、Ni、Pt、Pd、Rh、Ru、Ir、Os 和它們的合金或任意組合，單獨或者還含有促進劑如Au、Ag、Cr、Zn、Μη、Sn、Bi、B、0和它們的合金或任意組合。在一些實施方案中，催化劑和促進劑可以允許加氫和氫解反應同時或依次發生，如羰基加氫形成醇。所述催化劑還可以包括含碳焦化聚合物催化劑，該催化劑包含過渡金屬（例如鉻、鑰、鶴、錸、猛、銅和鎘）或第VIII族金屬（例如鐵、鈷、鎳、鉬、鈕、銘、釕、銥和鋨）。在某些實施方案中，所述催化劑可以包括與堿土金屬氧化物結合或附著到催化活性載體上的任何上述金屬。在某些實施方案中，氫解反應中所述的催化劑可以包括催化劑載體。
[0091] 進行氫解反應的條件會基于生物質起始物料的類型和所需產物（例如汽油或柴油）而不同。受益于本公開內容，本領域技術人員將會意識到用來進行反應的適合條件。通常，氫解反應可以在110-300°C的溫度下進行，優選為170-300°c，和最優選為180-290°c。
[0092] 在一個實施方案中，氫解反應可以在堿性條件下進行，優選pH值為8-13,和甚至更優選pH值為10-12。在一個實施方案中，氫解反應可以在l-150bar (絕壓）的壓力下進行，和優選為15_140bar，和甚至更優選壓力為50-110bar。
[0093] 氫解反應中使用的氫可以包括外部氫、循環氫、原位生成的氫或它們的任意組合。
[0094] 在一些實施方案中，氫解反應的產物可以包含大于25mol %、或替代地大于 30mol %的多元醇，這會使后續處理反應中轉化為生物燃料的轉化率更高。
[0095] 在一些實施方案中，根據加速除氫解之外的水解反應的需要，氫解可以在中性或酸性條件下進行。例如，低聚碳水化合物的水解可以與加氫結合以生成糖醇，后者可以進行氫解。
[0096] 氫解的第二方面需要斷開-0H鍵，如：RC(H)2-〇H+H2 - RCH3+H20。該反應也稱為"加氫脫氧"，可以與斷開C-C鍵的氫解同時進行。通過該反應，二醇可以轉化為單含氧物。作為加氫脫氧的結果，由于通過增加溫度或與催化劑的接觸時間而使反應深度增大，多元醇和二醇的濃度相對于單含氧物可能會減小。C-C相對C-0H鍵氫解的選擇性會隨催化劑類型和配方而不同。在后續處理步驟中，還可能發生完全脫氧生成烷烴，但如果目的是生成單含氧物或二醇和多元醇（它們可以縮合或低聚為較高分子量的化合物），這通常是不希望的。通常，希望只將單含氧物或二醇送至后續處理步驟，這是因為高級多元醇可能會導致在縮合或低聚過程中形成過量焦炭。與之相對比，烷烴基本上不具反應性和無法很容易地結合生成更高分子量的化合物。
[0097] -旦通過氫解反應形成含氧中間體，可以將一部分反應產物再循環至消化裝置以用作內部產生的消化溶劑。可以抽出另一部分的反應產物和隨后通過進一步的重整反應處理以形成生物燃料。在經受進一步的重整反應前，可以任選地將含氧中間體分離為不同的組分。合適的分離可以包括例如相分離、溶劑氣提塔、萃取器、過濾器、精餾等。在一些實施方案中，在反應產物隨后被進一步處理或再循環至消化裝置之前，可以將含氧中間體與木質素分離。
[0098] 可以在一個或多個處理反應中處理含氧中間體以生成燃料共混物。在一個實施方案中，縮合反應可以與其它反應一起使用來生成燃料共混物，和可由包含酸性、堿或二者的催化劑進行催化。通常，不被任何特定理論所束縛，據信堿性縮合反應可以包括一系列步驟，包括：（1)任選的脫氫反應；（2)任選的可以酸催化的脫水反應；（3)醇醛縮合反應；（4) 任選的酮化反應；（5)任選的呋喃開環反應；(6)得到的縮合產物進行加氫以形成> C4烴；和（7)它們的任意組合。類似地，酸催化縮合可能需要任選的加氫或脫氫反應、脫水和低聚反應。還可以使用附加的精制反應以使產物符合特定的燃料標準，包括在氫和加氫催化劑存在下進行的反應以從最終的燃料產物中脫除官能團。在一些實施方案中，也可以使用堿催化劑、包含酸性和堿性功能位以及任選包含金屬官能的催化劑來實施縮合反應。
[0099] 在一些實施方案中，可以使用醇醛縮合反應以生成滿足柴油燃料或噴氣燃料要求的燃料共混物。傳統的柴油燃料是富含鏈烷烴的石油餾出物。它們的沸程寬達187-417°C，這適于在壓縮點火發動機如柴油發動機機動車中燃燒。美國材料試驗學會（ASTM)根據沸程以及其它燃料性質如十六烷值、濁點、閃點、粘度、苯胺點、硫含量、水含量、灰分含量、銅帶腐蝕和殘碳的允許范圍建立了柴油的等級。因此，符合ASTM D975的任何燃料共混物均可定義為柴油燃料。
[0100] 本發明還提供了生產噴氣燃料的方法。噴氣燃料為透明至稻草色。最常見的燃料為分類為Aeroplane A-1 (按國際標準化規格生產）的無鉛/石蠟油基燃料。噴氣燃料是大量不同烴（可能多達千種或更多）的混合物。它們的大小（分子量或碳數）的范圍受到產物要求例如凝固點或發煙點的限制。煤油型噴氣燃料（包括Jet A和Jet A-1)的碳數分布為C8-C16。寬饋分或石腦油型飛機燃料（包括Jet B)的碳數分布通常為C5-C15。符合 ASTM D1655的燃料共混物均可定義為噴氣燃料。
[0101] 在某些實施方案中，兩種噴氣燃料（Jet A和Jet B)均包含多種添加劑。有用的添加劑包括但不限于抗氧化劑、抗靜電劑、腐蝕抑制劑和燃料系統防冰劑（FSII)。抗氧化劑防止膠質化，和通常基于烷基化酚例如A0-30、A0-31或A0-37。抗靜電劑耗散靜電和防止火花。含有二壬基萘基磺酸（DINNSA)作為活性成分的Stadis 450是抗靜電劑的一個例子。腐蝕抑制劑例如DCI-4A用于民用和軍用燃料和DCI-6A用于軍用燃料。FSII劑包括例如 Di-EGME。
[0102] 在一些實施方案中，含氧中間體可以包含能參與堿催化縮合反應的含羰基化合物。在一些實施方案中，可以使用任選的脫氫反應來增大要用作縮合反應原料的含氧中間體物流中含羰基化合物的量。在這些實施方案中，可在催化劑存在下使含氧中間體和/或一部分生物基原料物流脫氫。
[0103] 在一些實施方案中，對于包含醇、二醇和三醇的含氧中間體物流來說，可能優選脫氫催化劑。通常，醇不能直接參與醇醛縮合。存在的羥基可以轉化為羰基（例如醛、酮等）以參與醇醛縮合反應。可以包括脫氫催化劑以使存在的任何醇、二醇和多元醇發生脫氫以形成酮和醛。脫水催化劑通常由與加氫、氫解或水相重整所用的相同的金屬形成。這些催化劑如上所詳述。通過脫除或消耗在反應過程中形成的氫來可以提高脫氫收率。脫氫步驟可以在醇醛縮合反應之前作為單獨的反應步驟進行，或者脫氫反應可以與醇醛縮合反應協同進行。對于協同進行的脫氫和醇醛縮合反應來說，脫氫和醇醛縮合功能可以在相同的催化劑上發生。例如，在包含堿性官能度的催化劑上可以存在金屬加氫/脫氫官能度。
[0104] 脫氫反應可以生成含羰基化合物。適合的含羰基化合物可以包括但不限于包含羰基官能團的任何化合物，所述羰基官能團可以形成負碳離子物質或可以在縮合反應中與負碳離子物質反應。在一個實施方案中，含羰基化合物可以包括但不限于酮、醛、糠醛、羥基羧酸和羧酸。酮可以包括但不限于羥基酮、環酮、二酮、丙酮、2-氧代丙醛、丁酮、丁烷-2, 3-二酮、3-羥基丁烷-2-酮、戊酮、環戊酮、戊烷-2, 3-二酮、戊烷-2, 4-二酮、己酮、環己酮、2-甲基-環戊酮、庚酮、辛酮、壬酮、癸酮、十一酮、十二酮、丙酮醛、丁二酮、戊二酮、二酮己烷、二羥基丙酮和它們的異構體。醛可以包括但不限于羥醛、乙醛、甘油醛、丙醛、丁醛、戊醛、己醛、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛、十一醛、十二醛和它們的異構體。羧酸可以包括但不限于甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸和它們的異構體和衍生物，包括羥基化衍生物如2-羥基丁酸和乳酸。糠醛包括但不限于羥甲基糠醛、5-羥甲基-2 (5H)-呋喃酮、二氫-5-(羥甲基）-2 (3H)-呋喃酮、四氫-2-糠酸、二氫-5-(羥甲基）-2 (3H)-呋喃酮、四氫糠醇、1- (2-呋喃基）乙醇、羥甲基四氫糠醛和它們的異構體。在一個實施方案中，脫氫反應可以生成含羰基化合物，該含羰基化合物與含氧中間體組合成為進料到縮合反應的含氧中間體的一部分。
[0105] 在一個實施方案中，可任選地使用酸催化劑使至少一部分含氧中間體物流脫水。用于脫水反應的適合的酸催化劑可以包括但不限于無機酸（例如HC1、H 2S04)、固體酸（例如沸石、離子交換樹脂）和酸式鹽（例如LaCl3)。附加的酸催化劑可以包括但不限于沸石、碳化物、氮化物、氧化鋯、氧化鋁、二氧化硅、硅鋁酸鹽、磷酸鹽、氧化鈦、氧化鋅、氧化釩、氧化鑭、氧化釔、氧化鈧、氧化鎂、氧化鈰、氧化鋇、氧化鈣、氫氧化物、雜多酸、無機酸、酸改性樹脂、堿改性樹脂和它們的任意組合。在一些實施方案中，脫水催化劑還可以包括調節劑。適合的調節劑可以包括例如La、Y、Sc、P、B、Bi、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba和它們的任意組合。調節劑尤其對進行協同的加氫/脫氫反應與脫水反應有用。在一些實施方案中，脫水催化劑還可以包括金屬。適合的金屬可以包括例如Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Fe、Co、Ru、Zn、 Cd、Ga、In、Rh、Pd、Ir、Re、Mn、Cr、Mo、W、Sn、Os、它們的合金和任意組合。脫水催化劑可以自支撐、負載在惰性載體或樹脂上或者可以溶解在溶液中。
[0106] 在一些實施方案中，脫水反應可以在氣相中進行。在其它實施方案中，脫水反應可以在液相中進行。對于液相脫水反應來說，可以使用水溶液進行反應。在一個實施方案中，還可以使用除了水之外的其它溶劑來形成水溶液。例如，可以存在水溶性有機溶劑。適合的溶劑可以包括但不限于羥甲基糠醛（HMF)、二甲亞砜（DMS0)、1-甲基-η-吡咯烷酮（NMP) 和它們的任意組合。還可以單獨或與任何這些溶劑組合使用其它適合的非質子溶劑。
[0107] 在一個實施方案中，處理反應可以包括任選的酮化反應。酮化反應可以提高至少一部分含氧中間體中酮官能團的數量。例如，在酮化反應中，醇可以轉化為酮。酮化可以在堿性催化劑存在下進行。可以使用如上作為醇醛縮合反應的堿性組分描述的任何堿性催化劑來進行酮化反應。適合的反應條件為本領域技術人員所知，通常對應于如上關于醇醛縮合反應所列的反應條件。酮化反應可以作為單獨的反應步驟進行，或者可以與醇醛縮合反應協同進行。醇醛縮合催化劑上包含堿性功能位可以使酮化和醇醛縮合反應協同進行。
[0108] 在一個實施方案中，處理反應可以包括任選的呋喃開環反應。呋喃開環反應可以使至少一部分任何包含呋喃環的含氧中間體轉化為在醇醛縮合反應中更具反應性的化合物。呋喃開環反應可以在酸性催化劑存在下進行。可以使用如上作為醇醛縮合反應的酸性組分描述的任何酸催化劑來進行呋喃開環反應。適合的反應條件為本領域技術人員所知，通常對應于如上關于醇醛縮合反應所列的反應條件。呋喃開環反應可以作為單獨的反應步驟進行，或者可以與醇醛縮合反應協同進行。醇醛縮合催化劑上包含酸性功能位可以使呋喃開環反應和醇醛縮合反應協同進行。這種實施方案可能是有利的，這是因為任何呋喃環均可在酸官能團存在下打開，并在使用堿性官能團的醇醛縮合反應中反應。這種協同反應方案可能允許對于給定的含氧中間體原料形成更大量的高級烴。
[0109] 在一個實施方案中，通過在縮合催化劑存在下含氧中間體的縮合（可以包括醇醛縮合）可以生成>C 4化合物。醇醛縮合通常包括至少一種可能包含羰基的兩種化合物之間進行碳-碳耦合，以形成更大的有機分子。例如，丙酮可以與羥甲基糠醛反應形成C 9物質， C9物質隨后可以與另一羥甲基糠醛分子反應形成C15物質。在各種實施方案中，反應通常在縮合催化劑存在下進行。縮合反應可以在氣相或液相中進行。在一個實施方案中，根據羰基的反應性，反應可以在7_377°C的溫度下進行。
[0110] 縮合催化劑通常為能夠通過由新碳-碳鍵連接兩個分子形成更長鏈化合物的催化劑，例如堿性催化劑、具有酸和堿官能度的多官能催化劑或者二者中還包含任選的金屬官能度的任一類催化劑。在一個實施方案中，多官能催化劑可以為具有強酸和強堿官能度的催化劑。在一個實施方案中，醇醛縮合催化劑可以包含Li、Na、K、Cs、B、Rb、Mg、Ca、Sr、 Si、Ba、Al、Zn、Ce、La、Y、Sc、Y、Zr、Ti、水滑石、鋁酸鋅、磷酸鹽、經堿處理的硅鋁酸鹽沸石、堿性樹脂、堿性氮化物、它們的合金或任意組合。在一個實施方案中，堿催化劑還可以包含 Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo、Cr、W、Mn、Re、Al、Ga、In、Co、Ni、Si、Cu、Zn、Sn、Cd、Mg、P、Fe 或它們的任意組合的氧化物。在一個實施方案中，縮合催化劑包含混合氧化物堿催化劑。適合的混合氧化物堿催化劑可以包含鎂、鋯和氧的組合，它可以包括但不限于：Si-Mg-0、Mg-Ti-0、 Y-Mg-0、Y-Zr-0、Ti-Zr-0、Ce-Zr-0、Ce-Mg-0、Ca-Zr-0、La-Zr-0、B-Zr-0、La-Ti-0、B-Ti-0 和它們的任意組合。Mg/Zr或構成混合氧化物催化劑的各種其它元素的組合的不同原子比可以為0. 01-50。在一個實施方案中，縮合催化劑可以進一步包括金屬或合金，包括金屬如 Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Fe、Co、Ru、Zn、CM、Ga、In、Rh、Pd、Ir、Re、Mn、Cr、Mo、W、Sn、Bi、Pb、Os、它們的合金和組合。當脫氫反應要與醇醛縮合反應協同進行時，這些金屬可能是優選的。在一個實施方案中，優選的第IA族材料可以包括Li、Na、K、Cs和Rb。在一個實施方案中，優選的第IIA族材料可以包括Mg、Ca、Sr和Ba。在一個實施方案中，第IIB族材料可以包括 Zn和Cd。在一個實施方案中，第IIIB族材料可以包括Y和La。堿性樹脂可以包括顯示出堿性官能度的樹脂。堿性催化劑可以為自支撐或附著到下面進一步描述的任一種載體上，包括包含碳、二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、氧化釩、氧化鈰、氮化物、氮化硼、雜多酸、它們的合金和混合物的載體。
[0111] 在一個實施方案中，縮合催化劑可以衍生自MgO和A1203的組合以形成水滑石材料。另一種優選的材料包含ZnO和A1203，形式為鋁酸鋅尖晶石。又一種優選的材料為ZnO、 A1203和CuO的組合。這些材料的每一種還可以包含由第VIIIB族金屬如Pd或Pt提供的附加的金屬官能。當脫氫反應要與醇醛縮合反應協同進行時，這些金屬可能是優選的。在一個實施方案中，堿性催化劑可以為包含Cu、Ni、Zn、V、Zr或它們的混合物的金屬氧化物。在另一個實施方案中，堿性催化劑可以為包含Pt、Pd Cu、Ni或它們的混合物的鋁酸鋅金屬。
[0112] 在一些實施方案中，使用具有酸性和堿性官能度的縮合催化劑可以進行堿催化的縮合反應。酸性醇醛縮合催化劑可以包括水滑石、鋁酸鋅、磷酸鹽、Li、Na、K、Cs、B、Rb、Mg、 Si、Ca、Sr、Ba、Al、Ce、La、Sc、Y、Zr、Ti、Zn、Cr或它們的任意組合。在進一步的實施方案，酸-堿催化劑還可以包含 Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo、Cr、W、Mn、Re、Al、Ga、In、Fe、Co、Ir、Ni、Si、 Cu、Zn、Sn、Cd、P和它們的組合的一種或多種氧化物。在一個實施方案中，酸-堿催化劑可以包括由 Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Fe、Co、Ru、Zn、Cd、Ga、In、Rh、Pd、Ir、Re、Mn、Cr、Mo、W、Sn、Os、它們的合金或組合提供的金屬官能度。在一個實施方案中，催化劑還包括Zn、Cd或磷酸鹽。在一個實施方案中，縮合催化劑可以為包含Pd、Pt、Cu或Ni的金屬氧化物，和甚至更優選為包含Mg和Cu、Pt、Pd或Ni的錯酸鹽或锫金屬氧化物。酸-堿催化劑還可以包括結合有任何一種或多種上述金屬的羥基磷灰石（HAP)。酸-堿催化劑可以為自支撐或附著到下面進一步描述的任一種載體上，包括包含碳、二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、氧化釩、氧化鈰、氮化物、氮化硼、雜多酸、它們的合金和混合物的載體。
[0113] 在一個實施方案中，縮合催化劑還可以包括包含第IA組化合物如Li、NA、K、Cs和 Rb的沸石和其它微孔載體。優選地，第ΙΑ族材料可以以小于中和載體的酸性性質所需的量存在。還可以通過加入第VIIIB族金屬或&1、6 &、111、211或311提供金屬官能。在一個實施方案中，縮合催化劑可以衍生自MgO和Α120 3的組合以形成水滑石材料。另一種優選的材料可以包含MgO和Zr02的組合或ZnO和Α1 203的組合。這些材料的每一種還可以包含由銅或第VIIIB族金屬如Ni、Pd、Pt或者前述的組合提供的附加的金屬官能。
[0114] 縮合催化劑可以為自支撐（即催化劑不需要其它材料作為載體），或者可能需要適合使催化劑懸浮在反應物物流中的單獨的載體。示例性的載體為通過溶膠-凝膠合成、沉淀或發煙得到的二氧化硅，特別是比表面積高（大于100平方米/g)的二氧化硅。在其它的實施方案中，特別是當縮合催化劑為粉末時，催化劑系統可以包括粘合劑以有助于使催化劑形成所需的催化劑形狀。可用的成型工藝可以包括擠出、造粒、油滴或其它已知工藝。還可以將氧化鋅、氧化鋁和膠溶劑混合在一起并擠出以生產成型材料。干燥后，該材料可以在適合形成催化活性相的溫度下煅燒。也可以使用本領域技術人員已知的其它催化劑載體。
[0115] 在一些實施方案中，由于反應條件在一定程度上重疊，脫水催化劑、脫氫催化劑和縮合催化劑可以存在于相同的反應器中。在這些實施方案中，脫水反應和/或脫氫反應可以與縮合反應基本同時進行。在一些實施方案中，催化劑可以包含用于除縮合反應之外的脫水反應和/或脫氫反應的活性位。例如，催化劑可以在催化劑上分開的位點上包含用于脫水反應和/或脫氫反應以及縮合反應的活性金屬或合金。適合的活性元素可以包括如上關于脫水催化劑、脫氫催化劑和縮合催化劑任何所列的那些。替代地，可以使用脫水、脫氫和縮合催化劑的物理混合物。不希望被理論所束縛，據信使用包含金屬和/或酸官能度的縮合催化劑可以有助于將平衡限制的醇醛縮合反應推向完成。有利地，這可以使中間體進行多個縮合反應與脫水和/或脫氫，從而形成（通過縮合、脫水和/或脫氫）生產噴氣燃料或柴油燃料所需的分子量更高的低聚物。
[0116] 在縮合反應中生成的具體>C4化合物可能取決于各種因素，包括但不限于反應物物流中含氧中間體的類型、縮合溫度、縮合壓力、催化劑的反應性和反應物物流的流量。
[0117] 通常，縮合反應可以在對計劃反應的熱力學有利的溫度下進行。對于冷凝相液體反應來說，反應器內的壓力必須足以使至少一部分反應物在反應器入口處保持冷凝液相。對于氣相反應來說，反應應當在含氧物的蒸氣壓為至少〇. lbar和對反應的熱力學有利的溫度下進行。縮合溫度根據使用的具體含氧中間體而不同，但對于在氣相中進行的反應來說通常可以為75-500°C，更優選為125-450°C。對于液相反應來說，縮合溫度可以為 5-475°C，和縮合壓力可以為0. 01-100bar。優選地，縮合溫度可以為15-300°C或15-250°C。
[0118] 改變上述以及其它因素通常會改變> C4化合物的具體組成和收率。例如，改變反應器系統的溫度和/或壓力或者特定的催化劑配方，會生成> c4醇和/或酮而不是> c4 烴。>c4烴產物也可以包含各種烯烴和各種大小的烷烴（通常為支鏈烷烴）。根據所用的縮合催化劑，烴產物也可以包括芳烴和環烴化合物。> c4烴產物也可能包含不希望的高的烯烴含量，這會導致燃燒發動機中產生焦炭或沉積物，或者其它不希望的烴產物。在這種情況下，烴可以任選地加氫以將酮還原為醇和烴，而可將醇和烯屬烴還原為烷烴，由此形成具有降低的烯烴、芳烴或醇含量的更希望的烴產物。
[0119] 縮合反應可以在適合設計的任何反應器中進行，包括連續流、間歇、半間歇或多系統反應器，不受設計、尺寸、幾何學、流量等的限制。反應器系統也可以使用流化催化床系統、搖床系統、固定床系統、移動床系統或上述的組合。在一些實施方案中，可以使用兩相 (例如液-液）和三相（例如液-液-固）反應器進行縮合反應。
[0120] 在連續流系統中，反應器系統可以包括適于生成經脫氫的含氧中間體的任選的脫氫床、適于生成經脫水的含氧中間體的任選的脫水床、和適于由含氧中間體生成> C4化合物的縮合床。脫氫床可以設置為接收反應物物流和生成所需的含氧中間體，它可以具有提高的含羰基化合物含量。脫水床可以設置為接收反應物物流和生成所需的含氧中間體。縮合床可以設置為接收含氧中間體以與縮合催化劑接觸和生成所需的> C4化合物。對于具有一個或多個精制步驟的系統來說，在縮合床之后可以包括用于進行精制過程的附加的反應床。
[0121] 在一個實施方案中，任選的脫水反應、任選的脫氫反應、任選的酮化反應、任選的開環反應和縮合反應催化劑床可以設置在相同的反應器容器中，或者在彼此流體連通的分開的反應器容器中。每個反應器容器優選可以包括適于從反應器容器移除產物物流的出口。對于具有一個或多個精制步驟的系統來說，精制反應床可以與縮合床在相同的反應器容器中，或者在與具有縮合床的反應器容器流體連通的單獨的反應器容器中。
[0122] 在一個實施方案中，反應器系統還可以包括附加的出口以允許移除部分反應物物流從而進一步促進或引導反應生成所需的反應產物，和允許收集和回收反應副產物以用于系統的其它部分。在一個實施方案中，反應器系統還可以包括附加的入口以允許引入補充物料從而進一步促進或引導反應生成所需的反應產物，和允許回收反應副產物以用于其它反應。
[0123] 在一個實施方案中，反應器系統還可以包括允許反應物物流分離為不同組分的元件，所述不同組分可以用于不同的反應方案或只是促進所需的反應。例如，可以在縮合步驟之前安裝分離裝置如相分離器、提取器、純化器或蒸餾塔以從反應物物流中脫除水，從而促進縮合反應以利于生成高級烴。在一個實施方案中，可以安裝分離裝置以脫除特定的中間體，從而允許生成包含碳數在特定范圍內的烴、或者用作最終產物或用于其它系統或過程的所需的產物物流。
[0124] 縮合反應可以生成碳數為C4-C3(l或更大的寬范圍的化合物。示例性的化合物可以包括例如> c4烷烴、> c4烯烴、> c5環烷烴、> c5環烯烴、芳烴、稠合芳烴、> c4醇、> c4酮和它們的混合物。彡c4烷烴和彡C4烯烴可以具有4-30個碳原子（即c 4-c3(l烷烴和c4-c3(l烯烴）和可以為支鏈或直鏈烷烴或烯烴。彡C 4烷烴和>C4烯烴還可以分別包括c7-c14、c 12-c24 烷烴和烯烴餾分，其中c7-c14餾分涉及噴氣燃料共混物，和c12-c 24餾分涉及柴油燃料共混物和其它工業應用。各種> c4烷烴和> c4烯烴的例子包括但不限于丁烷、丁烯、戊烷、戊烯、 2-甲基丁烷、己烷、己烯、2-甲基戊烷、3-甲基戊烷、2, 2-二甲基丁烷、2, 3-二甲基丁烷、庚燒、庚烯、辛燒、辛烯、2, 2, 4-二甲基戊燒、2, 3-二甲基己燒、2, 3, 4-二甲基戊燒、2, 3-二甲基戊烷、壬烷、壬烯、癸烷、癸烯、十一烷、十一烯、十二烷、十二烯、十三烷、十三烯、十四烷、十四烯、十五烷、十五烯、十六烷、十六烯、十七烷、十七烯、十八烷、十八烯、十九烷、十九烯、二十烷、二十烯、二i^一烷、二i^一烯、二十二烷、二十二烯、二十三烷、二十三烯、二十四烷、二十四烯和它們的異構體。
[0125] > C5環烷烴和> C5環烯烴可以具有5-30個碳原子和可以為未取代、單取代或多取代。在單取代和多取代化合物的情況下，取代基可以包括支鏈> C3烷基、直鏈> Ci烷基、支鏈> c3亞烷基、直鏈> Ci亞烷基、直鏈> c2亞烷基、芳基或它們的組合。在一個實施方案中，至少一個取代基可以包括支鏈c3-c 12烷基、直鏈Q-Cu烷基、支鏈c3-c12亞烷基、直鏈 Q-Cu亞烷基、直鏈c 2-c12亞烷基、芳基或它們的組合。在又一個實施方案中，至少一個取代基可以包括支鏈c 3-c4烷基、直鏈烷基、支鏈c3-c4亞烷基、直鏈亞烷基、直鏈c 2-c4 亞烷基、芳基或它們的組合。所需的> (：5環烷烴和> c5環烯烴的例子可以包括但不限于環戊烷、環戊烯、環己烷、環己烯、甲基環戊烷、甲基環戊烯、乙基環戊烷、乙基環戊烯、乙基環己烷、乙基環己烯和它們的異構體。
[0126] 芳烴包括未取代（苯基）、單取代或多取代形式的芳烴。在單取代和多取代化合物的情況下，取代基可以包括支鏈> c3烷基、直鏈> Ci烷基、支鏈> c3亞烷基、直鏈> c2亞烷基、苯基或它們的組合。在一個實施方案中，至少一個取代基可以包括支鏈c3-c 12烷基、直鏈Q-Cu烷基、支鏈c3-c12亞烷基、直鏈c 2-c12亞烷基、苯基或它們的任意組合。在又一個實施方案中，至少一個取代基可以包括支鏈c 3-c4烷基、直鏈Ci-C；烷基、支鏈c3-c4亞烷基、直鏈c 2-c4亞烷基、苯基或它們的任意組合。各種芳烴化合物的例子可以包括但不限于苯、甲苯、二甲苯（二甲基苯）、乙苯、對二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯和c 9芳經。
[0127] 稠合芳烴包括未取代、單取代或多取代形式的二環或多環芳烴。在單取代和多取代化合物的情況下，取代基可以包括支鏈> c3烷基、直鏈> Q烷基、支鏈> c3亞烷基、直鏈> c2亞烷基、苯基或它們的組合。在另一個實施方案中，至少一個取代基可以包括支鏈 c3-c 4烷基、直鏈Ci-C；烷基、支鏈c3-c4亞烷基、直鏈c2-c 4亞烷基、苯基或它們的任意組合。各種稠合芳烴的例子可以包括但不限于萘、蒽、四氫化萘和十氫化萘、茚滿、茚和它們的異構體。
[0128] 中等餾分如(：7_(：14可以分離作為噴氣燃料，而較重餾分（例如C 12_C24)可以分離作為柴油使用。最重餾分可以用作潤滑劑或經裂化以生成附加的汽油和/或柴油餾分。>C 4 化合物還可以用作工業化學品，無論是作為中間體還是最終產物。例如，芳烴甲苯、二甲苯、乙苯、對二甲苯、間二甲苯和鄰二甲苯可以用作生產塑料和其它產品的化學中間體。同時， c 9芳烴和稠合芳烴如萘、蒽、四氫化萘和十氫化萘可以在工業過程中用作溶劑。
[0129] 在一個實施方案中，可以使用附加過程處理燃料共混物以脫除某些組分或進一步使燃料共混物符合柴油或噴氣燃料標準。適合的技術可以包括加氫處理以減小燃料共混物中剩余的氧、硫或氮的量或者脫除這些物質。加氫處理烴物流的條件為本領域技術人員所知。
[0130] 在一個實施方案中，加氫可以代替加氫處理過程或在其后進行以使至少一些烯烴鍵飽和。在一些實施方案中，通過將金屬官能團包括在醇醛縮合催化劑中，可以使加氫反應與醇醛縮合反應協同進行。進行該加氫可以使燃料共混物符合特定的燃料標準（例如柴油燃料標準或噴氣燃料標準）。燃料共混物物流的加氫可以根據已知程序進行，采用連續方法或間歇方法。可以使用加氫反應脫除剩余的羰基或/或羥基。在這種情況下，可以使用上述任何加氫催化劑。通常，精制步驟可以在80-250°C的精制溫度下進行，和精制壓力可以為 5-150bar。在一個實施方案中，精制步驟可以在氣相或液相中進行，和按需使用外部氫、循環氫或它們的組合。
[0131] 在一個實施方案中，可以使用異構化處理燃料共混物以向燃料共混物中的至少一些組分引入所需程度的支化或其它擇形性。在烴與異構化催化劑接觸前脫除任何雜質也可能是有用的。異構化步驟可以包括任選的汽提步驟，其中通過用水蒸氣或適合的氣體如輕質烴、氮氣或氫氣汽提可以純化來自低聚反應的燃料共混物。任選的汽提步驟可以在異構化催化劑上游的裝置中以逆流模式進行，其中氣體和液體彼此接觸，或者在真正的異構化反應器之前在單獨的汽提裝置中利用逆流方式進行。
[0132] 在任選的汽提步驟之后，可將燃料共混物送至包括一個或多個催化劑床的反應性異構化裝置中。異構化裝置的催化劑床可以以并流或逆流方式操作。在異構化裝置中，壓力可以為20-150bar，優選為20-100bar，溫度范圍為197-502 °C，優選為302-402 °C。在異構化裝置中，可以使用本領域已知的任何異構化催化劑。在一些實施方案中，適合的異構化催化劑可以包含分子篩和/或第VII族金屬和/或載體。在一個實施方案中，異構化催化劑可以包含SAP0-11或SAP041或ZSM-22或ZSM-23或鎂堿沸石和Pt、Pd或Ni和A1 203或 Si〇2。典型的異構化催化劑為例如 Pt/SAP0-ll/Al203、Pt/ZSM-22/Al20 3、Pt/ZSM-23/Al203 和 Pt/SAP0_11/Si02。
[0133] 其它因素如水或不需要的含氧中間體的濃度也可能影響> C4化合物的組成和收率以及縮合催化劑的活性和穩定性。在這種情況下，過程可以包括脫水步驟以在縮合反應和/或任選的脫水反應之前脫除一部分水，或者分離裝置以脫除不需要的含氧中間體。例如，可以在縮合反應器之前安裝分離器裝置如相分離器、提取器、純化器或蒸餾塔，從而從包含含氧中間體的反應物物流中脫除一部分水。還可以安裝分離裝置以脫除特定的含氧中間體以允許生成包含具有特定碳數范圍的烴、或者用作最終產物或用于其它系統或過程的所需的產物物流。
[0134] 因此，在一個實施方案中，通過這里所述過程生成的燃料共混物是符合噴氣燃料要求（例如符合ASTM D1655)的烴混合物。在另一個實施方案中，這里所述過程的產物是符合柴油燃料要求（例如符合ASTM D975)的烴混合物。
[0135] 在另一個實施方案中，可以產生包含汽油烴的燃料共混物（即汽油燃料）。〃汽油烴〃指主要含C 5_9烴（例如C6_8烴）和具有32-204°C (90-400 °F )的沸程的各種烴。汽油烴可以包括但不限于直餾汽油、石腦油、流化或熱催化裂化汽油、VB汽油和焦化汽油。汽油烴含量由ASTM方法D2887確定。
[0136] 在又一個實施方案中，通過在脫水催化劑存在下在脫水溫度和脫水壓力下使含氧中間體催化反應生成包含> c2烯烴的反應物流而生成> c2烯烴。> c2烯烴可以包括含有一個或多個碳-碳雙鍵的直鏈或支鏈烴。通常，> c2烯烴可以包含2-8個碳原子，更優選為 3-5個碳原子。在一個實施方案中，烯烴可以包括丙烯、丁烯、戊烯、前述的異構體和前述兩種或更多種的混合物。在另一個實施方案中，> C2烯烴可以包括通過使一部分> C2烯烴經烯烴異構化催化劑催化反應生成的> C4烯烴。
[0137] 脫水催化劑可以包括選自如下的成員：酸性氧化鋁、磷酸鋁、磷酸二氧化硅-氧化鋁、無定形二氧化硅-氧化鋁、硅鋁酸鹽、氧化鋯、硫酸化氧化鋯、鎢酸化氧化鋯、碳化鎢、碳化鑰、二氧化鈦、硫酸化碳、磷酸化碳、磷酸化二氧化硅、磷酸化氧化鋁、酸性樹脂、雜多酸、無機酸和前述任意兩種或更多種的組合。在一個實施方案中，脫水催化劑可以進一步包含調節劑，所述調節劑選自 Ce、Y、Sc、La、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、P、B、Bi 和前述任意兩種或更多種的組合。在另一個實施方案中，脫水催化劑可以進一步包含元素的氧化物，所述元素選自 Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo、Cr、W、Mn、Re、Al、Ga、In、Fe、Co、Ir、Ni、Si、Cu、Zn、Sn、 Cd、P和前述任意兩種或更多種的組合。在又一個實施方案中，脫水催化劑可以進一步包含金屬，所述金屬選自 Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Fe、Co、Ru、Zn、CM、Ga、In、Rh、Pd、Ir、Re、Mn、Cr、Mo、 W、Sn、Os前述任意兩種或更多種的合金和前述任意兩種或更多種的組合。
[0138] 在又一個實施方案中，脫水催化劑可以包括硅鋁酸鹽沸石。在一些實施方案中，脫水催化劑可以進一步包含調節劑，所述調節劑選自Ga、In、Zn、Fe、Mo、Ag、Au、Ni、P、Sc、Y、 Ta、鑭系元素和前述任意兩種或更多種的組合。在一些實施方案中，脫水催化劑可以進一步包含金屬，所述金屬選自 Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Fe、Co、Ru、Zn、CM、Ga、In、Rh、Pd、Ir、Re、Μη、 Cr、Mo、W、Sn、Os、以及前述任意兩種或更多種的合金和前述任意兩種或更多種的組合。
[0139] 在另一個實施方案中，脫水催化劑可以包括含雙官能高硅五元環的硅鋁酸鹽沸石。在一些實施方案中，脫水催化劑可以進一步包含調節劑，所述調節劑選自Ga、In、Zn、 Fe、Mo、Ag、Au、Ni、P、Sc、Y、Ta、鑭系元素和前述任意兩種或更多種的組合。在一些實施方案中，脫水催化劑可以進一步包含金屬，所述金屬選自Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Fe、Co、Ru、Zn、Cd、 Ga、In、Rh、Pd、Ir、Re、Μη、Cr、Mo、W、Sn、0s、以及前述任意兩種或更多種的合金和前述任意兩種或更多種的組合。
[0140] 脫水反應可以在有利于熱力學的溫度和壓力下進行。通常，反應可以在氣相、液相或二者的組合中進行。在一個實施方案中，脫水溫度可以為100-500°C，和脫水壓力可以為 l-60bar(絕壓）。在另一個實施方案中，脫水溫度可以為125-450°C。在一些實施方案中，脫水溫度為可以為150_350°C，和脫水壓力可以為5-50bar。在又一個實施方案中，脫水溫度可以為175-325°C。
[0141] 通過在烷基化催化劑存在下在烷基化溫度和烷基化壓力下使> C2烯烴與> C4異鏈烷烴的物流催化反應生成包含> c6鏈烷烴的產物物流而生產> c6鏈烷烴。> c4異鏈烷烴可以包括具有4-7個碳原子烷烴和環烷烴如異丁烷、異戊烷、環烷烴、和具有叔碳原子的高級同系物（例如2-甲基丁烷和2, 4-二甲基戊烷）、前述的異構體和前述任意兩種或更多種的混合物。在一個實施方案中，> C4異鏈烷烴物流可以包含內部產生的> C4異鏈烷烴、外部> C4異鏈烷烴、循環> C4異鏈烷烴或前述任意兩種或更多種的組合。
[0142] 彡（：6鏈烷烴可以為支鏈烷經，但也可以包括正鏈烷烴。在一種形式中，彡C 6鏈烷烴包括選自如下的成員：支鏈c6_1(l烷烴、支鏈c6烷烴、支鏈c 7烷烴、支鏈c8烷烴、支鏈c9烷烴、支鏈c1(l烷烴或前述任意兩種或更多種的混合物。在一種形式中，> c6鏈烷烴可以包括例如二甲基丁烷、2, 2-二甲基丁烷、2, 3-二甲基丁烷、甲基戊烷、2-甲基戊烷、3-甲基戊烷、二甲基戊燒、2, 3-二甲基戊燒、2, 4-二甲基戊燒、甲基己燒、2, 3-二甲基己燒、2, 3, 4-二甲基戊燒、2, 2, 4-二甲基戊燒、2, 2, 3-二甲基戊燒、2, 3, 3-二甲基戊燒、二甲基己燒或如述任意兩種或更多種的混合物。
[0143] 烷基化催化劑可以包括選自如下的成員：硫酸、氫氟酸、氯化鋁、三氟化硼、固體磷酸、氯化氧化鋁、酸性氧化鋁、磷酸鋁、磷酸二氧化硅-氧化鋁、無定形二氧化硅-氧化鋁、硅鋁酸鹽、硅鋁酸鹽沸石、氧化鋯、硫酸化氧化鋯、鎢酸化氧化鋯、碳化鎢、碳化鑰、二氧化鈦、硫酸化碳、磷酸化碳、磷酸化二氧化硅、磷酸化氧化鋁、酸性樹脂、雜多酸、無機酸和前述任意兩種或更多種的組合。燒基化催化劑還可以包括無機酸與Friedel-Crafts金屬鹵化物如溴化鋁和其它質子供體的混合物。
[0144] 在一個實施方案中，燒基化催化劑可以包括娃錯酸鹽沸石。在一些實施方案中，燒基化催化劑可以進一步包含調節劑，所述調節劑選自Ga、In、Zn、Fe、Mo、Ag、Au、Ni、P、Sc、 Y、Ta、鑭系元素和前述任意兩種或更多種的組合。在一些實施方案中，烷基化催化劑可以進一步包含金屬，所述金屬選自 Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Fe、Co、Ru、Zn、Cd、Ga、In、Rh、Pd、Ir、Re、 Mn、Cr、Mo、W、Sn、Os、以及前述任意兩種或更多種的合金和前述任意兩種或更多種的組合。
[0145] 在另一個實施方案中，烷基化催化劑可以包括含雙官能高硅五元環的硅鋁酸鹽沸石。在一些實施方案中，脫水催化劑可以進一步包含調節劑，所述調節劑選自Ga、In、Zn、 Fe、Mo、Ag、Au、Ni、P、Sc、Y、Ta、鑭系元素和前述任意兩種或更多種的組合。在一些實施方案中，燒基化催化劑可以進一步包含金屬，所述金屬選自Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Fe、Co、Ru、Zn、 Cd、Ga、In、Rh、Pd、Ir、Re、Mn、Cr、Mo、W、Sn、Os、以及前述任意兩種或更多種的合金和前述任意兩種或更多種的組合。在一種形式中，脫水催化劑和烷基化催化劑可以在原子上相同。
[0146] 烷基化反應可以在有利于熱力學的溫度下進行。通常，烷基化溫度可以為-20-300°C，和烷基化壓力可以為l_80bar (絕壓）。在一些實施方案中，烷基化溫度可以為100-300°C。在另一種形式中，烷基化溫度可以為0-KKTC。在又一個實施方案中，烷基化溫度可以為0-50°C。在又一個實施方案中，烷基化溫度可以為70-250°C，和烷基化壓力可以為5-80bar。在一個實施方案中，烷基化催化劑可以包括無機酸或強酸。在另一個實施方案中，烷基化催化劑可以包含沸石，和烷基化溫度可以大于l〇〇°C。
[0147] 在一個實施方案中，可以實施烯烴低聚反應。所述低聚反應可以在任何合適的反應器構造中實施。合適的構造可以包括但不限于間歇反應器、半間歇反應器或連續反應器設計，例如帶有外部再生容器的流化床反應器。反應器設計可以包括但不限于管式反應器、固定床反應器或適合實施低聚反應的任何其它反應器類型。在一個實施方案中，使用低聚反應器使包含具有2-8個碳原子鏈長的短鏈烯烴的烯烴進料物流與沸石催化劑在高溫和高壓下接觸以轉化短鏈烯烴為柴油沸程內的燃料共混物，可以實施用于生產柴油和噴氣燃料沸程的烴的連續低聚方法。低聚反應器可以在20-100bar的相對高的壓力和150-300°C、優選200-250°C的溫度下操作。
[0148] 所得的低聚物流形成可能具有多種產物的燃料共混物，包括含(：5_(：24烴的產物。可以應用附加的處理來獲得滿足所需標準的燃料共混物。可以應用初始分離步驟來產生具有較窄碳數范圍的燃料共混物。在一個實施方案中，可以應用分離過程例如精餾過程產生包含c 12-c24烴的燃料共混物用于進一步處理。剩余的烴可以用于產生汽油燃料共混物、循環至低聚反應器或用于附加過程中。例如，煤油餾分可以與柴油餾分一起獲得，和可以用作照明的鏈烷烴、在常規原油或合成衍生的噴氣燃料中用作噴氣燃料共混物組分、或者在生產 LAB(直鏈烷基苯）的過程中用作反應物（特別是C1(l-C13餾分）。加氫處理后，可以將石腦油餾分引至熱裂解器用于生產乙烯和丙烯，或引至催化裂化器以生產乙烯、丙烯和汽油。
[0149] 可以使用附加過程處理燃料共混物以脫除某些組分或進一步使燃料共混物符合柴油或噴氣燃料標準。適合的技術可以包括加氫處理以脫除燃料共混物中任何剩余的氧、硫或氮。加氫處理過程后可以實施加氫以使至少一些烯屬鍵飽和。可以實施這種加氫以使燃料共混物符合具體的燃料標準（例如柴油燃料標準或噴氣燃料標準）。燃料共混物物流的加氫步驟可以按已知的程序以連續或間歇的模式實施。
[0150] 為有助于更好地理解本發明，下面給出優選實施方案的實施例。絕不應當將下列實施例解讀為對本發明范圍的限制或限定。
[0151] 實施例
[0152] 實施例1 :溶劑浸漬效果和影響各類纖維素類生物質輸送的因素。
[0153] 實施例1A :將1. 5克名義尺寸為8mmx4mmx3mm碎片的混合軟木片（14%水分）投入21mm直徑的8個打蘭管（dram)瓶內2. 5cm的混合有機/水溶劑（去離子水中25%的 2_丙醇和20%的乙醇）層中。約50%木片落入小瓶的底部，而剩余的50%仍漂浮在表面，盡管混合破壞了表面張力。當用水替代混合的有機/水溶劑時，獲得類似的結果。
[0154] 實施例1B :重復實施例1A，只是將3. 5克軟木片加入8個打蘭管瓶中，和隨后加入溶劑以在瓶中獲得2. 6cm的混合有機/水溶劑層。混合內容物且允許靜置。約60%木片保留在瓶底，和約40 %漂浮在上表面。
[0155] 實施例1C :重復實施例1B，只是應用2. 0克類似尺寸的松木片（34. 3 %的水分）。約75%木片保留在瓶底，和約25%漂浮在表面。
[0156] 實施例1D :將具有實施例1A尺寸的6. 55克軟木片裝載入1英寸直徑的壓力容器，所述容器的90%用33克混合的有機/水溶劑（去離子水中25%的2-丙醇和20%的乙醇）填充。用N 2使容器加壓至50psi 30分鐘，和然后用N2加壓至200psi30分鐘。然后泄壓，和將內容物置入燒瓶中。然后將溶劑倒掉以回收溶劑浸漬后的木片。然后與實施例1A - 樣將2. 18克溶劑浸漬的木片加入到新鮮的混合水/有機溶劑中。所有木片立即沉至瓶底。
[0157] 實施例1E :用2. 5英寸名義尺寸為8mmx6mmx3mm的軟木片填充1英寸直徑的管子。這提供3:1的管子與顆粒的名義長寬比。打開底部1英寸的球閥，沒有木片掉出垂直保持的管子。用50psi N2為管子加壓，和然后用200psi N2加壓，當球閥打開時造成氣體壓力的釋放，但沒有木片從管子掉出。加入30. 4克混合的有機/水溶劑（去離子水中25%的2-丙醇和20%的乙醇），造成木片層由2. 5英寸溶脹至2. 87英寸。打開球閥從床層替換27克液體，但只有5個木片被替換。盡管被溶劑所潤濕，對管子應用機械振動器能夠完全移出所包含的全部木片。
[0158] 實施例1F :用名義尺寸為101mm直徑的玻璃管和最大名義長度為9. 5mm的木片 (14%水分）重復實施例1E。這給出大于9. 5的管子與顆粒名義長寬比。釋放底部滑閥后所有木片立即從管子掉出來。當木片未被混合的有機/水溶劑潤濕時，獲得類似的結果。
[0159] 前述結果證實了對木片進行加壓溶劑浸漬的有益效果。當不進行加壓溶劑浸漬時，將其加入到消化裝置時大部分木片漂浮在溶劑上。在管子與顆粒長寬比為3:1時，木塊間的橋接妨礙了它們的輸送。而在長寬比為9. 5:1時，橋接被阻止了，且不管是溶劑浸漬還是未潤濕的木片都可以被輸送。當橋接妨礙木片輸送時，可以應用機械振動來促進溶劑浸漬木片的輸送。
[0160] 實施例2 :山梨醇的催化還原
[0161] 在75bar 4壓力下在240°C下操作的75毫升Parr5000反應器中，在0· 35克L 9% 被錸改性的Pt/氧化鋯催化劑（Re:Pt比為3. 75:1)存在下測試20克50wt%山梨醇溶液的催化還原。反應持續18小時，隨后應用1 μ m厚的60mmx0. 32mm ID DB-5色譜柱、50:1的分割比、2ml/min氦流量通過氣相色譜質譜（GC-MS)法對反應混合物取樣，和柱子烘箱在40°C 保持8分鐘，隨后以10°C /min緩升至285°C，并保持53. 5分鐘。GC-MS結果表明大于90% 的山梨醇轉化為單-含氧化合物和有機酸副產品，這由pH從中性掉到2. 7證實。反應產物包含20.3wt%的乙醇、25.4wt%的1-丙醇和2-丙醇、和2.5wt%的二甲基酮（丙酮）。通過HPLC方法確認乙酸的存在，其中所述HPLC方法應用以0. 6ml/min5mM硫酸水溶液移動相操作的Bio-Rad Aminex HPX-87H柱子（300mm x7. 8mm)，烘箱溫度為30°C，運行時間為70 分鐘，和RI及UV(320nm)檢測器。
[0162] 實施例3 :加壓容器中發生的消化
[0163] 實施例3A :壓力容器由1/2英寸直徑1英尺長的316不銹鋼管構成，和通過帶式電加熱器（Gaumer Company, Inc.)加熱。用4. 19克名義尺寸為1/8英寸xl/4英寸x3mm 的松木小片（通過在85°C下在真空烘箱中干燥過夜確定的水分含量=14% )裝填所述壓力容器。制備在去離子水中包含20wt% 2-丙醇、25wt% r乙醇、2wt%二甲基酮和2wt%乙酸的溶劑混合物，以模仿實施例2中獲得的反應混合物。混合的有機/水溶劑的pH為2. 7。通過HPLC泵（Eldex)為消化裝置進料溶劑混合物。
[0164] 通過加入液體溶劑進料和隨后加入來自90bar供應源的氫使壓力容器和接收容器加壓至70bar。在建立0. 20ml/min的模擬消化溶劑進料流量之前，將容器和其內容物加熱至180°C。以3. 35克進料每克干木材每小時（g/g-木材/小時）的平均重時空速與溶劑繼續接觸16. 9小時。消化產生的水解產物在緩沖容器中收集，所述緩沖容器也通過加入H2 預先加壓至70bar。壓力容器和緩沖容器上的背壓控制能夠使壓力在整個實驗過程中維持在70bar。在運行結束時對未消化木材的分析表明原始木材進料的39. 6%發生了溶解和消化。
[0165] 實施例3B :在壓力容器的消化溫度為200°C、溶劑進料的重時空速為1. 02g/g_木材/小時和消化接觸時間為6小時下重復實施例3A。未消化木材的分析表明原始木材進料只有29. 1%發生了消化。
[0166] 實施例3C :在溫度240°C、重時空速為1. 79g/g_木材/小時和消化接觸時間為5. 6 小時下重復實施例3A。加入IN Κ0Η以緩沖溶劑進料至pH為5. 4。在消化結束時沒有觀察到木材固體。這個結果表明，盡管相對于實施例3A和3B所用的更酸性進料溶劑來說緩沖至更中性的pH值和將消化時間縮短至小于6小時，但在240°C的溫度下100%溶解和消化是可能的。
[0167] 實施例3D :在溫度210°C、重時空速為1. 27g/g_木材/小時和消化接觸時間為7. 1 小時下重復實施例3A。盡管相對于實施例3C接觸時間增加，但僅有65%的木材進料被消化。
[0168] 實施例3E :在溫度190°C、重時空速為1. 66g/g_木材/小時和接觸時間為6. 8小時下重復實施例3A。盡管相對于實施例3D流量增加，但僅有19%的木材進料被消化。
[0169] 因此，本發明很好地用于達到所提到的及其固有的各種目的和優點。上文公開的具體實施方案只是描述性的，因為在受益于此處給出的教導后，本發明可以以對本領域熟練技術人員來說不同但等同的方式進行調整和實施。另外，除了在下文權利要求中所述，不打算限制這里所給出的結構或設計的細節。因此，很明顯上文所公開的具體描述性實施方案可以進行改變、組合或調整，和所有這些變化據認為均在本發明范圍和實質內。這里描述性公開的發明可以合適地在不存在這里沒有具體公開的任何元素和/或這里公開的任何任選元素時實施。雖然各組合物和方法均〃包括"、〃含有〃或〃包含〃各種組分或步驟的方式描述，但各組合物和方法也可以基本由或由各種組分和步驟〃組成〃。上面公開的所有數值和范圍均可以在一定程度上變化。當公開具有下限和上限的數值范圍時，均具體公開了落在范圍內的任意數值和任意包括的范圍。具體地，這里所公開的每一個數值范圍（為 " a至b"或等價的〃約a-b"形式）均應理解為包括在所述較寬數值范圍內的所有數值和范圍。另外，除非專利權人另外明確和清楚地定義，權利要求中的術語按照它們基本的常用含義理解。另外，在權利要求中所應用的不定冠詞在這里定義為指它們所指代的元件的一個或多個。如果本說明書和一個或多個專利或其它文獻中使用的詞語或術語存在任何沖突，則應該采用與本說明書一致的定義。
【權利要求】
1. 一種生物質轉化系統，所述系統包括：在操作上相互連接的第一消化裝置和第二消化裝置；第一消化裝置和第二消化裝置之間的壓力隔離設施；在第一消化裝置的出口與第二消化裝置的入口之間建立流體連通的流體循環回路；和在第二消化裝置的出口與流體循環回路之間建立流體連通的旁通管線。
2. 權利要求1的生物質轉化系統，進一步包括位于流體循環回路內的至少一個催化還原反應器裝置。
3. 權利要求2的生物質轉化系統，其中所述至少一個催化還原反應器裝置包含能夠活化分子氫的至少一種催化劑。
4. 權利要求2或3的生物質轉化系統，進一步包括與第一消化裝置的出口流體連通且位于流體循環回路內第一消化裝置和至少一個催化還原反應器裝置之間的至少一個緩沖容器。
5. 權利要求1-4任一項的生物質轉化系統，進一步包括與第一消化裝置的出口流體連通且位于流體循環回路內的至少一個緩沖容器。
6. 權利要求1-5任一項的生物質轉化系統，其中所述第二消化裝置的尺寸大于或等于第一消化裝置的尺寸。
7. 權利要求1-6任一項的生物質轉化系統，其中第一消化裝置和第二消化裝置在操作上相互連接，其連接方式使得第一消化裝置中的至少一部分纖維素類生物質可以被輸送至第二消化裝置，同時第二消化裝置在至少30bar的壓力下操作。
8. 權利要求1-7任一項的生物質轉化系統，其中構造所述流體循環回路和第二消化裝置以在第二消化裝置中建立逆流流動。
9. 權利要求1-8任一項的生物質轉化系統，進一步包括與第一消化裝置在操作上連接的裝載機構。
10. -種方法，所述方法包括：提供生物質轉化系統，所述系統包括：在操作上相互連接的第一消化裝置和第二消化裝置；在第一消化裝置的出口與第二消化裝置的入口之間建立流體連通的流體循環回路；和在第二消化裝置的出口與流體循環回路之間建立流體連通的旁通管線；任選地在第一消化裝置和第二消化裝置中至少部分消化纖維素類生物質，從而形成在液相內包含可溶性碳水化合物的水解產物；使第一消化裝置與第二消化裝置隔離，和然后使第一消化裝置至少部分泄壓；在第一消化裝置至少部分泄壓后和在第二消化裝置中繼續消化的同時，向第一消化裝置裝載纖維素類生物質，和使第一消化裝置再加壓至其壓力小于或等于第二消化裝置內的壓力；和第一消化裝置再加壓后，將至少一部分纖維素類生物質從第一消化裝置輸送至第二消化裝置。
11. 一種方法，所述方法包括：至少部分消化任選地在第一消化裝置和第二消化裝置中包含的纖維素類生物質，以產生在液相中包含可溶性碳水化合物的水解產物，其中第一消化裝置和第二消化裝置在操作上相互連接；通過在第一消化裝置的出口與第二消化裝置的入口之間建立流體連通的流體循環回路使液相從第一消化裝置循環至第二消化裝置；使第一消化裝置與第二消化裝置隔離，從而液相通過在第二消化裝置的出口與流體循環回路之間建立流體連通的旁通管線繼續流過第二消化裝置至流體循環回路；當在第二消化裝置中繼續水解時，向第一消化裝置添加纖維素類生物質和使第一消化裝置加壓至其壓力小于或等于第二消化裝置內的壓力；平衡第一消化裝置與第二消化裝置之間的壓力；和將至少一部分纖維素類生物質從第一消化裝置輸送至第二消化裝置。
12. 權利要求10或11的方法，進一步包括在至少30bar的壓力下在第二消化裝置中繼續消化纖維素類生物質。
13. 權利要求10-12任一項的方法，其中所述生物質轉化系統進一步包括與第一消化裝置的出口流體連通且位于流體循環回路內的至少一個緩沖容器。
14. 權利要求10-13任一項的方法，進一步包括通過流體循環回路循環液相。
15. 權利要求10-14任一項的方法，其中構造流體循環回路和第二消化裝置，以在第二消化裝置中建立逆流流動。
16. 權利要求10-15任一項的方法，進一步包括轉化水解產物為生物燃料。
17. 權利要求10-16任一項的方法，其中優選按干基計至少60%的纖維素類生物質、至少90%的纖維素類生物質被消化以產生水解產物。
18. 權利要求10-17任一項的方法，其中所述纖維素類生物質包括木材。
19. 權利要求10-18任一項的方法，其中第二消化裝置保持在至少30bar、優選至少 50bar、更優選至少70bar的壓力下。
20. 權利要求10-19任一項的方法，其中通過向第一消化裝置引入至少部分液相和任選的氣體而使第一消化裝置至少部分再加壓。
【文檔編號】C10G3/00GK104093817SQ201180076362
【公開日】2014年10月8日申請日期:2011年12月20日優先權日:2011年12月16日
【發明者】T·L·弗拉沃斯, J·B·鮑威爾申請人:國際殼牌研究有限公司

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