生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)及其應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容大體涉及纖維素類生物質(zhì)固體的消化，和更具體地涉及生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)及其應(yīng)用方法，它允許在水熱消化之后將包含可溶性碳水化合物的水解產(chǎn)物快速轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的反應(yīng)產(chǎn)物。
【背景技術(shù)】
[0002]該部分旨在介紹本領(lǐng)域中可能與本發(fā)明的示例性實(shí)施方案有關(guān)的各個(gè)方面。相信該討論有助于提供一個(gè)框架以促進(jìn)更好地理解本發(fā)明的特定方面。因此，應(yīng)該理解該部分應(yīng)從這個(gè)角度閱讀，和不作為對(duì)任何現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可。
[0003]具有商業(yè)重要性的多種物質(zhì)可以產(chǎn)自于天然資源，特別是生物質(zhì)。由于在其中發(fā)現(xiàn)了各種形式的多種豐富的碳水化合物，纖維素類生物質(zhì)在這方面可能特別有利。如這里所應(yīng)用的，術(shù)語(yǔ)“纖維素類生物質(zhì)”指包含纖維素的存活或者最近存活的生物材料。在高級(jí)植物的細(xì)胞壁中發(fā)現(xiàn)的木質(zhì)纖維素材料是世界上最豐富的碳水化合物來(lái)源。通常由纖維素類生物質(zhì)生產(chǎn)的材料可以包括例如經(jīng)部分消化產(chǎn)生的紙和紙漿和經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生的生物乙醇。
[0004]植物細(xì)胞壁被分為兩部分，即初生細(xì)胞壁和次生細(xì)胞壁。初生細(xì)胞壁提供用于細(xì)胞膨脹的結(jié)構(gòu)支撐和由三種主要的多糖(纖維素、膠質(zhì)和半纖維素)和一組糖蛋白組成。次生細(xì)胞壁在細(xì)胞完成生長(zhǎng)后產(chǎn)生，還包含多糖和通過(guò)與半纖維素共價(jià)交聯(lián)的聚合性木質(zhì)素強(qiáng)化。半纖維素和膠質(zhì)通常含量豐富，但纖維素是主要的多糖和最豐富的碳水化合物來(lái)源。正如下文所討論，與纖維素共存在的各組分的復(fù)雜混合物可能會(huì)使其處理起來(lái)比較困難。
[0005]已經(jīng)有大量的注意力放在了開發(fā)由可再生來(lái)源獲得的化石燃料替代物上。在這方面，纖維素類生物質(zhì)由于其存量豐富且在其中發(fā)現(xiàn)了大量不同組分(特別是纖維素和其它碳水化合物)而引起了特別的注意。盡管很有希望且引起了人們極大的興趣，但生物基燃料技術(shù)的開發(fā)和實(shí)施仍非常緩慢。直到今天，現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生的燃料仍具有低的能量密度(例如生物乙醇)和/或不能與現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施完全相容(例如甲醇、生物柴油、費(fèi)-托柴油、氫氣和甲烷)。應(yīng)對(duì)前述和其它問(wèn)題，用于將纖維素類生物質(zhì)處理為具有類似化石燃料組成的燃料混合物的能量和成本有效的方法將是特別希望的。
[0006]當(dāng)轉(zhuǎn)化纖維素類生物質(zhì)為燃料混合物和其它物質(zhì)時(shí)，可以提取其中存在的纖維素和其它復(fù)雜的碳水化合物，和將其轉(zhuǎn)化為更簡(jiǎn)單的有機(jī)分子，后者隨后可以進(jìn)一步重整。發(fā)酵是可以將來(lái)自纖維素類生物質(zhì)的復(fù)雜碳水化合物轉(zhuǎn)化為更有用形式的一種方法。但發(fā)酵方法通常很慢、需要大體積的反應(yīng)器、高的稀釋條件和產(chǎn)生具有較低能量密度的初始反應(yīng)產(chǎn)物(乙醇)。消化是可將纖維素和其它復(fù)雜碳水化合物轉(zhuǎn)化為更有用形式的另一種方法。消化方法可以將纖維素類生物質(zhì)內(nèi)的纖維素和其它復(fù)雜的碳水化合物分解為更簡(jiǎn)單的可溶性碳水化合物，后者適合于通過(guò)下游的重整反應(yīng)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化。如這里所應(yīng)用的，術(shù)語(yǔ)“可溶性碳水化合物”指在消化過(guò)程中變得可溶解的單糖或多糖。雖然據(jù)理解基礎(chǔ)化學(xué)支持消化纖維素和其它復(fù)雜碳水化合物和進(jìn)一步轉(zhuǎn)化簡(jiǎn)單碳水化合物為與化石燃料中存在的那些類似的有機(jī)化合物，但尚未開發(fā)出適合于轉(zhuǎn)化纖維素類生物質(zhì)為燃料混合物的高收率和能量有效的消化方法。在這方面，與應(yīng)用消化和其它方法轉(zhuǎn)化纖維素類生物質(zhì)為燃料混合物相關(guān)的最基本需求是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化需要的能量輸入不應(yīng)大于產(chǎn)物燃料混合物可獲得的能量輸出。這種基本需求導(dǎo)致多個(gè)次級(jí)問(wèn)題，而這些問(wèn)題總體提出了到目前為至還沒(méi)有解決的極大的工程挑戰(zhàn)。
[0007]與以能量和費(fèi)用有效的方式應(yīng)用消化將纖維素類生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料混合物相關(guān)的問(wèn)題不僅復(fù)雜，而且它們完全不同于在造紙和紙漿工業(yè)中通常應(yīng)用的消化過(guò)程中遇到的那些問(wèn)題。因?yàn)樵谠旒埡图垵{工業(yè)中纖維素類生物質(zhì)消化的目的是保留固體物質(zhì)(例如紙漿)，通常在低溫下(例如小于約100°C)實(shí)施不完全消化相當(dāng)短的時(shí)間。與之相對(duì)，適合轉(zhuǎn)化纖維素類生物質(zhì)為燃料混合物和其它物質(zhì)的消化過(guò)程理想地構(gòu)造為以高通量方式通過(guò)溶解盡可能多的初始纖維素類生物質(zhì)進(jìn)料來(lái)使收率最大化。
[0008]因?yàn)槎鄠€(gè)原因通過(guò)常規(guī)調(diào)整造紙和紙漿消化過(guò)程而生產(chǎn)用于燃料混合物和其它物質(zhì)的可溶性碳水化合物是不可行的。簡(jiǎn)單地通過(guò)運(yùn)行造紙和紙漿工業(yè)的消化過(guò)程更長(zhǎng)時(shí)間來(lái)產(chǎn)生更多可溶性碳水化合物從通量角度來(lái)看是不希望的。應(yīng)用消化促進(jìn)劑如強(qiáng)堿、堿酸或亞硫酸鹽來(lái)使消化速度加快可能會(huì)由于后處理的分離步驟和可能需要保護(hù)下游組件不受這些試劑損害而增加工藝成本和復(fù)雜性。通過(guò)提高消化溫度而使消化速度加快由于在高的消化溫度下可能會(huì)發(fā)生可溶性碳水化合物的熱降解而實(shí)際上降低了收率，特別是經(jīng)延長(zhǎng)的時(shí)間時(shí)。一旦通過(guò)消化產(chǎn)生，可溶性碳水化合物非常有活性且可能快速降解以產(chǎn)生焦糖烷和其它重質(zhì)降解產(chǎn)物，特別是在高溫條件如大于150°C下。從能量效率角度來(lái)看，應(yīng)用較高的消化溫度也是不希望的。這些困難的任何一個(gè)均可以挫敗從纖維素類生物質(zhì)獲得燃料混合物的經(jīng)濟(jì)可行性。
[0009]可以保護(hù)可溶性碳水化合物不熱降解的一種方法是使它們經(jīng)受一個(gè)或多個(gè)催化還原反應(yīng)，所述反應(yīng)可以包括加氫和/或氫解反應(yīng)。通過(guò)實(shí)施一個(gè)或多個(gè)催化還原反應(yīng)來(lái)穩(wěn)定可溶性碳水化合物可以允許纖維素類生物質(zhì)的消化在比可能的更高的溫度下實(shí)施，而不會(huì)過(guò)度犧牲收率。取決于使用的反應(yīng)條件和催化劑，由于對(duì)可溶性碳水化合物進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)催化還原反應(yīng)而形成的反應(yīng)產(chǎn)物可能包括三醇、二醇、一元醇或它們的任意組合，其中的一些也可能包括殘余的羰基官能度(例如醛或酮)。這些反應(yīng)產(chǎn)物比可溶性碳水化合物更加熱穩(wěn)定和容易通過(guò)進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)下游重整反應(yīng)轉(zhuǎn)化為燃料混合物和其它物質(zhì)。此夕卜，上述類型的反應(yīng)產(chǎn)物是其中可進(jìn)行水熱消化的良好溶劑，由此促進(jìn)可溶性碳水化合物如它們的反應(yīng)產(chǎn)物和纖維素類生物質(zhì)組分如木質(zhì)素的溶解。
[0010]與處理纖維素類生物質(zhì)為燃料混合物和其它物質(zhì)相關(guān)的另一個(gè)問(wèn)題來(lái)自于需要纖維素類生物質(zhì)進(jìn)料變?yōu)榭扇苄蕴妓衔锏母咿D(zhuǎn)化百分比。具體地，當(dāng)纖維素類生物質(zhì)固體消化時(shí)，它們的尺寸逐漸減小至它們可以變得流體流動(dòng)的點(diǎn)。正如這里應(yīng)用的，可流體流動(dòng)的纖維素類生物質(zhì)固體，特別是尺寸3_或更小的纖維素類生物質(zhì)固體將被稱為“纖維素類生物質(zhì)細(xì)顆?！薄＠w維素類生物質(zhì)細(xì)顆?？梢詮挠糜谵D(zhuǎn)化纖維素類生物質(zhì)的系統(tǒng)的消化區(qū)輸送出來(lái)，和進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)不需要固體和固體可能會(huì)有害的區(qū)域。例如，纖維素類生物質(zhì)細(xì)顆粒有可能會(huì)堵塞催化劑床層、輸送管線等。另外，雖然尺寸小，但纖維素類生物質(zhì)細(xì)顆?？赡艽砝w維素類生物質(zhì)進(jìn)料的重要部分，和如果它們不能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為可溶性碳水化合物，獲得令人滿意的轉(zhuǎn)化百分比的能力可能就會(huì)受到影響。因?yàn)樵旒埡图垵{工業(yè)的消化過(guò)程在相當(dāng)?shù)偷睦w維素類生物質(zhì)轉(zhuǎn)化百分比下運(yùn)行，相信產(chǎn)生了少量的纖維素類生物質(zhì)細(xì)顆粒和這對(duì)這些消化過(guò)程具有較小的影響。
[0011]除了想要的碳水化合物外，在纖維素類生物質(zhì)中可能存在其它物質(zhì)，這些物質(zhì)可能對(duì)以能量和費(fèi)用有效的方式進(jìn)行處理特別成問(wèn)題。含硫和/或含氮的氨基酸或其它催化劑毒物可能在纖維素類生物質(zhì)中存在。如果不脫除，這些催化劑毒物可能會(huì)影響用于穩(wěn)定可溶性碳水化合物的催化還原反應(yīng)，從而造成用于催化劑再生和/或更換的過(guò)程停車，和當(dāng)重新啟動(dòng)過(guò)程時(shí)降低總的能量效率。另一方面，在過(guò)程中脫除這些催化劑毒物也可能影響生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程的能量效率，因?yàn)閷?shí)施脫除通常需要的離子交換過(guò)程經(jīng)常在低于消化產(chǎn)生可溶性碳水化合物的溫度下實(shí)施，從而引入熱交換操作，這將增加設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和可能會(huì)增加操作成本。除了催化劑毒物外，木質(zhì)素(非纖維素類生物聚合物)可能伴隨產(chǎn)生可溶性碳水化合物而被溶解。如果不能以某種方式解決，在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中木質(zhì)素濃度可能變得足夠高以至于最終發(fā)生沉降，由此導(dǎo)致昂貴的系統(tǒng)停工期。替代地，一些木質(zhì)素可能保持不溶解，和可能最終需要昂貴的系統(tǒng)停工期以將它脫除。
[0012]正如前述所證明的，有效轉(zhuǎn)化纖維素類生物質(zhì)為燃料混合物是具有極大工程挑戰(zhàn)的復(fù)雜問(wèn)題。本發(fā)明應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)和提供了相關(guān)優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本公開內(nèi)容大體涉及纖維素類生物質(zhì)固體的消化，和更具體地涉及生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)及其應(yīng)用方法，它允許在水熱消化之后將包含可溶性碳水化合物的水解產(chǎn)物快速轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的反應(yīng)產(chǎn)物。
[0014]在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，包括:水熱消化裝置；第一催化還原反應(yīng)器裝置，所述第一催化還原反應(yīng)器裝置沿著水熱消化裝置的高度通過(guò)兩個(gè)或更多個(gè)流體入口管線和兩個(gè)或更多個(gè)流體返回管線流體偶聯(lián)至水熱消化裝置，所述第一催化還原反應(yīng)器裝置包含能夠活化分子氫的催化劑；和流體循環(huán)回路，所述流體循環(huán)回路包括水熱消化裝置和包含能夠活化分子氫的催化劑的第二催化還原反應(yīng)器裝置。
[0015]在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，包括:水熱消化裝置；沿著水熱消化裝置的高度流體偶聯(lián)至水熱消化裝置的兩個(gè)或更多個(gè)第一催化還原反應(yīng)器裝置，每個(gè)第一催化還原反應(yīng)器裝置通過(guò)流體入口管線和流體返回管線偶聯(lián)至水熱消化裝置和包含能夠活化分子氫的催化劑；和流體循環(huán)回路，所述流體循環(huán)回路包括水熱消化裝置和包含能夠活化分子氫的催化劑的第二催化還原反應(yīng)器裝置。
[0016]在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種方法，包括:在水熱消化裝置中提供纖維素類生物質(zhì)固體；在水熱消化裝置中加熱纖維素類生物質(zhì)固體以消化至少部分纖維素類生物質(zhì)固體，由此形成在液相內(nèi)包含可溶性碳水化合物的水解產(chǎn)物；將至少部分所述液相輸送至一個(gè)或多個(gè)第一催化還原反應(yīng)器裝置，所述第一催化還原反應(yīng)器裝置沿著水熱消化裝置的高度流體偶聯(lián)至水熱消化裝置，和在一個(gè)或多個(gè)第一催化還原反應(yīng)器裝置中將所述水解產(chǎn)物至少部分轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物；將至少部分所述液相從一個(gè)或多個(gè)第一催化還原反應(yīng)器裝置再循環(huán)至水熱消化裝置；和將至少部分所述液相輸送至第二催化還原反應(yīng)器裝置以將所述可溶性碳水化合物進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物。
[0017]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述液相以約1-2的循環(huán)比從第二催化還原反應(yīng)器裝置再循環(huán)至水熱消化裝置。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述液相從第二催化還原反應(yīng)器裝置再循環(huán)至水熱消化裝置，使得在水熱消化裝置中建立逆流流動(dòng)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，按干基計(jì)，使至少約90%的纖維素類生物質(zhì)固體消化以產(chǎn)生水解產(chǎn)物。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述液相以約1-30的循環(huán)比在水熱消化裝置和一個(gè)或多個(gè)第一催化還原反應(yīng)器裝置間循環(huán)。
[0018]在一個(gè)實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)第一催化還原反應(yīng)器裝置、第二催化還原反應(yīng)器裝置或這兩者均包含耐毒催化劑。在另一個(gè)實(shí)施方案中，耐毒催化劑包括硫化催化劑。在另一個(gè)實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)第一催化還原反應(yīng)器裝置每個(gè)均包含空隙率為至少約20%的固定床催化劑。
[0019]在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法還包括當(dāng)在水熱消化裝置和一個(gè)或多個(gè)第一催化還原反應(yīng)器裝置間輸送所述液相時(shí)進(jìn)行固體分離。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該方法還包括當(dāng)在水熱消化裝置和第二催化還原反應(yīng)器裝置間輸送所述液相時(shí)進(jìn)行固體分離。在又一個(gè)實(shí)施方案中，水熱消化裝置在其內(nèi)部溫度梯度下操作；并且其中將所述液相從水熱消化裝置的溫度較高區(qū)域比從水熱消化裝置的溫度較低區(qū)域輸送至一個(gè)或多個(gè)第一催化還原反應(yīng)器裝置更快。
[0020]從以下詳細(xì)的描述中，本發(fā)明實(shí)施方案的其它優(yōu)點(diǎn)和特征將更明顯。但應(yīng)該理解的是，詳細(xì)的描述和具體例子僅作為說(shuō)明給出，盡管其中給出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，因?yàn)閺脑撛敿?xì)描述中本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種變化和調(diào)整對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是明顯的。
【附圖說(shuō)明】
[0021]包括如下附圖來(lái)描述本發(fā)明的某些方面，和不應(yīng)將它們看作是排它性實(shí)施方案。所公開的主題能夠在形式和功能方面進(jìn)行相當(dāng)大程度的調(diào)整、改變、組合和等價(jià)替換，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員在受益于本公開內(nèi)容后是很明顯的。
[0022]圖1示意性給出了描述性生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，所述生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)具有沿著水熱消化裝置的高度在多個(gè)點(diǎn)流體偶聯(lián)至水熱消化裝置的催化還原反應(yīng)器裝置。
[0023]圖2示意性給出了描述性生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，所述生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)具有沿著水熱消化裝置的高度在多個(gè)點(diǎn)流體偶聯(lián)至水熱消化裝置的催化還原反應(yīng)器裝置，其中各流體偶聯(lián)點(diǎn)不均勾分布。
[0024]圖3示意性給出了描述性生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，所述生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)具有沿著水熱消化裝置的高度在多個(gè)點(diǎn)流體偶聯(lián)至水熱消化裝置的多個(gè)催化還原反應(yīng)器裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本公開內(nèi)容大體涉及纖維素類生物質(zhì)固體的消化，和更具體地涉及生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)及其應(yīng)用方法，它允許在水熱消化之后將包含可溶性碳水化合物的水解產(chǎn)物快速轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的反應(yīng)產(chǎn)物。
[0026]在這里描述的實(shí)施方案中，在高溫和高壓下在消化溶劑存在下纖維素類生物質(zhì)的消化速度可以加快，所述高壓使得消化溶劑在高于其正常沸點(diǎn)下為液態(tài)。雖然從通量的角度來(lái)看，更快的消化速度可能是希望的，但在這些條件下可溶性碳水化合物可能易于降解，如下文更詳細(xì)討論的。在各種實(shí)施方案中，消化溶劑可能包含有機(jī)溶劑，特別是原位產(chǎn)生的有機(jī)溶劑，該有機(jī)溶劑可提供某些優(yōu)點(diǎn)，如下文所描述的。
[0027]本公開內(nèi)容提供了系統(tǒng)和方法，其允許纖維素類生物質(zhì)固體有效地消化以形成可溶性碳水化合物，該碳水化合物隨后可通過(guò)一種或多種催化還原反應(yīng)(例如氫解和/或加氫)轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的包含含氧中間體的反應(yīng)產(chǎn)物，該反應(yīng)產(chǎn)物可進(jìn)一步處理為高級(jí)烴。高級(jí)烴可用于形成工業(yè)化學(xué)品和運(yùn)輸燃料(即生物燃料)，包括如合成汽油、柴油燃料、噴氣燃料等。如這里所應(yīng)用的，術(shù)語(yǔ)“生物燃料”指的是由生物源形成的任何運(yùn)輸燃料。這里這種生物燃料可稱為“燃料混合物”。特別地，這里所述的系統(tǒng)和方法包括平行地流體偶聯(lián)至水熱消化裝置的一個(gè)或多個(gè)催化還原反應(yīng)器裝置，由此允許在有時(shí)間發(fā)生顯著降解之前使包含可溶性碳水化合物的水解產(chǎn)物有效地轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的反應(yīng)產(chǎn)物。
[0028]如這里所應(yīng)用的，術(shù)語(yǔ)“含氧中間體”指的是從可溶性碳水化合物的催化還原反應(yīng)(例如氫解和/或加氫)產(chǎn)生的醇、多元醇、酮、醛及它們的混合物。如這里所應(yīng)用的，術(shù)語(yǔ)“高級(jí)烴”指的是氧與碳的比小于產(chǎn)生它們的生物質(zhì)源的至少一種組分的烴。如這里所用的，術(shù)語(yǔ)“烴”指的是主要包含氫和碳的有機(jī)化合物，盡管雜原子如氧、氮、硫和/或磷可能存在于一些實(shí)施方案中。因此，術(shù)語(yǔ)“烴”也包括如含碳、氫和氧的雜原子取代的化合物。
[0029]當(dāng)在水熱消化中在高溫和高壓下使用消化溶劑時(shí)，消化過(guò)程可能變得相當(dāng)耗能。如果消耗過(guò)程的能量輸入要求變得太大，可能危害纖維素類生物質(zhì)作為原料物質(zhì)的經(jīng)濟(jì)可行性。也就是說(shuō)，如果消化纖維素類生物質(zhì)需要的能量輸入變得太大，處理成本可能高于產(chǎn)生產(chǎn)物的實(shí)際價(jià)值。為了保持處理成本低，外部加入消化過(guò)程的熱量輸入量應(yīng)該保持盡可能低，同時(shí)實(shí)現(xiàn)纖維素類生物質(zhì)向可溶性碳水化合物盡可能高的轉(zhuǎn)化率，所述可溶性碳水化合物隨后可以轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的反應(yīng)產(chǎn)物。在下文中將更詳細(xì)描述可溶性碳水化合物向更穩(wěn)定的反應(yīng)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化。
[0030]在這里所描述的實(shí)施方案中，可以將可溶性碳水化合物和消化溶劑輸送至一個(gè)或多個(gè)流體偶聯(lián)至水熱消化裝置的催化還原反應(yīng)器裝置，使得可以盡可能快地將可溶性碳水化合物至少部分轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的反應(yīng)產(chǎn)物。一旦可溶性碳水化合物已經(jīng)至少部分轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物，可以在第二催化還原反應(yīng)器裝置中發(fā)生可溶性碳水化合物向反應(yīng)產(chǎn)物的完全轉(zhuǎn)化。所描述的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的特征可以允許大量最初溶解的碳水化合物轉(zhuǎn)化為合適于隨后處理為生物燃料的形式，同時(shí)在水熱消化裝置中或其附近形成盡可能少的焦糖烷和其它分解產(chǎn)物。
[0031]這里所描述的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的重要優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造系統(tǒng)以迅速穩(wěn)定其中產(chǎn)生的大部分水解產(chǎn)物。在這里所描述的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中，通過(guò)將水解產(chǎn)物快速地再循環(huán)至直接偶聯(lián)(即流體偶聯(lián))至水熱消化裝置的一個(gè)或多個(gè)第一催化還原反應(yīng)器裝置來(lái)完成水解產(chǎn)物的至少部分穩(wěn)定。一個(gè)或多個(gè)第一催化還原反應(yīng)器裝置包含分子氫和能夠活化分子氫的催化劑(這里也稱為“氫活化催化劑”)。通過(guò)在第一催化還原反應(yīng)器裝置中反應(yīng)水解產(chǎn)物，可以完成水解產(chǎn)物由不穩(wěn)定的可溶性碳水化合物向包含更穩(wěn)定含氧中間體的反應(yīng)產(chǎn)物的初始、至少部分轉(zhuǎn)化。然后初始反應(yīng)產(chǎn)物可以再循環(huán)至水熱消化裝置和其后再循環(huán)至第一催化還原反應(yīng)器裝置和/或循環(huán)至第二催化還原反應(yīng)器裝置以形成更易于轉(zhuǎn)化為生物燃料的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化的反應(yīng)產(chǎn)物。發(fā)生在第二催化還原反應(yīng)器裝置中的轉(zhuǎn)化可包括進(jìn)一步降低初始反應(yīng)產(chǎn)物的氧化程度、增加可溶性碳水化合物至含氧中間體的轉(zhuǎn)化率或這兩者。由第二催化還原反應(yīng)器裝置獲得的反應(yīng)產(chǎn)物可以被循環(huán)至水熱消化裝置，和/或抽出用于隨后轉(zhuǎn)化為生物燃料或其它物質(zhì)。在水解產(chǎn)物到達(dá)第二催化還原反應(yīng)器裝置之前通過(guò)將可溶性碳水化合物至少部分轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物，可以減少對(duì)第二催化還原反應(yīng)器裝置的要求，和可能實(shí)現(xiàn)比另外可行的可溶性碳水化合物向反應(yīng)產(chǎn)物的更高轉(zhuǎn)化率。
[0032]通過(guò)流體偶聯(lián)一個(gè)或多個(gè)第一催化還原反應(yīng)器裝置至水熱消化裝置，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的熱整合效率。從任一催化還原反應(yīng)器裝置再循環(huán)至水熱消化裝置的反應(yīng)產(chǎn)物可以將其中產(chǎn)生的過(guò)量熱輸送至水熱消化裝置以便驅(qū)動(dòng)吸熱消化過(guò)程。另外可能構(gòu)成廢熱的輸入可以減少向消化過(guò)程輸入額外能量的需要，由此可以降低處理成本。此外，因?yàn)榭扇苄蕴妓衔镌诘竭_(dá)第二催化還原反應(yīng)器裝置之前已至少部分轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物，可能減少對(duì)第二催化還原反應(yīng)器裝置的需求，由此可能允許應(yīng)用比另外可行的更小的反應(yīng)器裝置。此外，因?yàn)橥ㄟ^(guò)從第一催化還原反應(yīng)器裝置再循環(huán)反應(yīng)產(chǎn)物可以實(shí)現(xiàn)大量的熱整合效率，可能減少為了維持能量有效過(guò)程而從第二催化還原反應(yīng)器裝置再循環(huán)反應(yīng)產(chǎn)物的需求。因此，可應(yīng)用更低的反應(yīng)產(chǎn)物循環(huán)比，和從第二催化還原反應(yīng)器裝置可抽出更大部分的反應(yīng)產(chǎn)物用于隨后轉(zhuǎn)化為生物燃料或其它物質(zhì)。前述因素也可減少與生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)相關(guān)的投資和操作成本。
[0033]在熱整合效率的另一個(gè)方面，本發(fā)明的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)也可能有利，因?yàn)樵谝恍?shí)施方案中系統(tǒng)的水熱消化裝置可連續(xù)在高溫和高壓下操作。通過(guò)構(gòu)造生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)可以完成連續(xù)的高溫水熱消化，使得新鮮生物質(zhì)可以連續(xù)或半連續(xù)供應(yīng)至在加壓態(tài)下操作的水熱消化裝置。也就是說(shuō)，可以構(gòu)造生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)使得生物質(zhì)可以加入加壓的水熱消化裝置中。如果沒(méi)有能力向加壓的水熱消化裝置引入新鮮生物質(zhì)，在生物質(zhì)添加過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生水熱消化裝置的