生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)可能面臨若干挑戰(zhàn)。首先，據(jù)信在纖維素類生物質(zhì)固體存在下通常用于實(shí)施催化還原反應(yīng)的固定床催化劑可能容易堵塞。催化劑中毒對(duì)于一些催化劑可能也是問題，因?yàn)楫?dāng)催化還原在水熱消化裝置中原位實(shí)施時(shí)沒有機(jī)會(huì)從水解產(chǎn)物中脫除催化劑毒物。通過應(yīng)用非固定催化劑例如流化床催化劑、沸騰床催化劑、漿液催化劑等可能解決催化劑堵塞，但這些類型的催化劑可能很難保持在水熱消化裝置內(nèi)。具體地，如果至水熱消化裝置的返回流太快，通過返回流的流體驅(qū)動(dòng)可從水熱消化裝置輸送催化劑顆粒。但如果返回流的流體速度不足，催化劑顆粒可能下沉至水熱消化裝置的底部，在所述底部它們可能不太能夠?qū)嵤┐呋€原反應(yīng)。即在沒有用心平衡水熱消化裝置中流體流動(dòng)的情況下，催化劑顆粒可能不能有效地分布在纖維素類生物質(zhì)固體中，和可能降低了可溶性碳水化合物的穩(wěn)定。此外，流化或沸騰床過程中的催化劑顆粒磨損可能產(chǎn)生催化劑細(xì)顆粒，這些細(xì)顆?？赡芎茈y從流體物流中分離或保持在所希望的位置，由此使得在工業(yè)規(guī)模上成功實(shí)施很困難。
[0035]為了解決與催化劑下沉相關(guān)的問題，特別是當(dāng)利用Imm大小或更大的催化劑顆粒時(shí)，這里所述的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)結(jié)合了能夠?qū)⒅辽俨糠窒鲁恋拇呋瘎┹斔椭亮硪晃恢玫拇呋瘎┹斔蜋C(jī)構(gòu)。具體地，催化劑輸送機(jī)構(gòu)可用于輸送至少部分下沉的催化劑返回至水熱消化裝置和/或固體引入機(jī)構(gòu)，從固體引入機(jī)構(gòu)可以將催化劑再次引入水熱消化裝置。因此，在連續(xù)或半連續(xù)水熱消化過程中通過輸送催化劑，可以有足夠量的催化劑保持在水熱消化裝置中的適合位置以維持所希望催化還原率。此外，當(dāng)輸送催化劑時(shí)可解決與催化劑中毒有關(guān)的問題。具體地，當(dāng)輸送催化劑時(shí)可再生和/或更替部分催化劑，同時(shí)催化劑的剩余部分留在水熱消化裝置中。
[0036]此外，通過輸送催化劑，催化劑可與纖維素類生物質(zhì)固體一起引入水熱消化裝置。該特征可允許混合催化劑和纖維素類生物質(zhì)固體和將催化劑置于適合位置用于催化還原。具體地，該特征可允許催化劑更好地分布在水熱消化裝置內(nèi)的纖維素類生物質(zhì)進(jìn)料中。此夕卜，通過與纖維素類生物質(zhì)固體一起引入催化劑，減少了在消化過程中實(shí)施機(jī)械混合或類似攪拌從而實(shí)現(xiàn)充分分布催化劑的需要，由此降低了過程復(fù)雜性。
[0037]如果不在這里另外指出，應(yīng)理解的是在這里的說明書中應(yīng)用術(shù)語〃生物質(zhì)〃指〃纖維素類生物質(zhì)固體〃。所述固體可以為任何尺寸、形狀或形式。纖維素類生物質(zhì)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，或者在這里所述實(shí)施方案中在消化之前可以進(jìn)一步處理它們。在這里所述的實(shí)施方案中，纖維素類生物質(zhì)固體也可以以漿液形式存在。
[0038]在實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方案中，可以應(yīng)用任何類型的合適生物質(zhì)來源。合適的纖維素類生物質(zhì)來源可以包括例如林業(yè)殘余物、農(nóng)業(yè)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(shí)施方案中，合適的纖維素類生物質(zhì)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、硬木肩、硬紙漿、軟木、軟木肩、軟紙漿和/或它們的任意組合。葉子、根、種子、莖、殼等可以用作纖維素類生物質(zhì)的來源。纖維素類生物質(zhì)的通用來源可以包括例如農(nóng)業(yè)廢物(如玉米秸桿、稻草、種子殼、甘蔗渣、堅(jiān)果殼等)、木材(如木頭或樹皮、鋸肩、木材削砍物、伐木場(chǎng)碎渣等)、市政廢物(如廢紙、草坪修剪物或殘?jiān)?、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)?？梢曰谌缦驴紤]例如纖維素和/或半纖維素含量、木質(zhì)素含量、生長時(shí)間/季節(jié)、生長地點(diǎn)/運(yùn)輸成本、種植成本、收割成本等選擇纖維素類生物質(zhì)。
[0039]可以在纖維素類生物質(zhì)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(zhì)纖維素、半纖維素和它們的任意組合。一旦按這里描述的實(shí)施方案通過消化過程從生物質(zhì)基質(zhì)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(yīng)被轉(zhuǎn)化為包含含氧中間體的反應(yīng)產(chǎn)物。在一些實(shí)施方案中，包含反應(yīng)產(chǎn)物的含氧中間體可以應(yīng)用進(jìn)一步的氫解反應(yīng)、加氫反應(yīng)、縮合反應(yīng)、異構(gòu)化反應(yīng)、低聚反應(yīng)、加氫處理反應(yīng)、燒基化反應(yīng)等的組合進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為生物燃料。在一些實(shí)施方案中，可以將至少一部分含氧中間體再循環(huán)至水熱消化裝置以包括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(huán)至少一部分含氧中間體至水熱消化裝置也可能是特別有利的。
[0040]在一些實(shí)施方案中，這里描述的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)可以包括:水熱消化裝置，所述水熱消化裝置還包含能夠活化分子氫的第一催化劑，所述第一催化劑在水熱消化裝置內(nèi)流體流動(dòng)；與水熱消化裝置操作相連的任選的氫進(jìn)料管線；包括水熱消化裝置和催化還原反應(yīng)器裝置的流體循環(huán)回路，所述催化還原反應(yīng)器裝置包含能夠活化分子氫的第二催化劑；和在水熱消化裝置外部的催化劑輸送機(jī)構(gòu)，所述催化劑輸送機(jī)構(gòu)能夠?qū)⒅辽俨糠值谝淮呋瘎奈挥谒疅嵯b置內(nèi)的催化劑收集區(qū)輸送至另一位置。
[0041]在一些實(shí)施方案中，這里描述的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)可以包括:水熱消化裝置，所述水熱消化裝置還包含能夠活化分子氫的第一催化劑，所述第一催化劑在水熱消化裝置內(nèi)流體流動(dòng)；與水熱消化裝置操作相連的任選的氫進(jìn)料管線；與水熱消化裝置操作相連的固體引入機(jī)構(gòu)，所述固體引入機(jī)構(gòu)包括常壓區(qū)和壓力過渡區(qū)，所述壓力過渡區(qū)在常壓和高壓態(tài)間轉(zhuǎn)換；包括水熱消化裝置和催化還原反應(yīng)器裝置的流體循環(huán)回路，所述催化還原反應(yīng)器裝置包含能夠活化分子氫的第二催化劑；和在水熱消化裝置外部的催化劑輸送機(jī)構(gòu)，所述催化劑輸送機(jī)構(gòu)將水熱消化裝置的底部與固體引入機(jī)構(gòu)操作相連，和所述催化劑輸送機(jī)構(gòu)能夠?qū)⒅辽俨糠值谝淮呋瘎乃疅嵯b置輸送至固體引入機(jī)構(gòu)。
[0042]一般地，能夠輸送第一催化劑的任何類型設(shè)備均可用于本發(fā)明實(shí)施方案中作為催化劑輸送機(jī)構(gòu)。描述性的催化劑輸送機(jī)構(gòu)可包括如輸送帶、螺桿進(jìn)料器、氣動(dòng)管、轉(zhuǎn)盤式料斗、旋轉(zhuǎn)式閥門等。在一些實(shí)施方案中，催化劑輸送機(jī)構(gòu)的操作壓力可低于水熱消化裝置的操作壓力。在一些實(shí)施方案中，催化劑輸送機(jī)構(gòu)可在常壓下操作。從工程角度看，在低壓、特別是常壓下操作催化劑輸送機(jī)構(gòu)可比維持催化劑輸送機(jī)構(gòu)在加壓態(tài)的挑戰(zhàn)更小。但應(yīng)認(rèn)識(shí)到在一些實(shí)施方案中催化劑輸送機(jī)構(gòu)的操作壓力可與水熱消化裝置的操作壓力基本相同。
[0043]一般地，用于這里所述的實(shí)施方案的催化還原反應(yīng)器裝置可為任何適合的類型或構(gòu)造。在一些實(shí)施方案中，催化還原反應(yīng)器裝置可包括固定床催化反應(yīng)器例如滴流床催化反應(yīng)器。其它適合的催化還原反應(yīng)器裝置構(gòu)造可包括例如帶有過濾的淤漿床催化反應(yīng)器、環(huán)路反應(yīng)器、上流式氣-液反應(yīng)器、沸騰床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器等。
[0044]此外，在一些實(shí)施方案中，可任選地省略催化還原反應(yīng)裝置，和可通過一個(gè)或多個(gè)下游的重整反應(yīng)將反應(yīng)產(chǎn)物直接轉(zhuǎn)化為生物燃料。
[0045]在一些實(shí)施方案中，水熱消化裝置可包括如碳鋼、不銹鋼或相似合金的壓力容器。在一些實(shí)施方案中，可使用單個(gè)水熱消化裝置。在其它實(shí)施方案中，可使用多個(gè)串聯(lián)操作、并聯(lián)操作或它們的組合的水熱消化裝置。在一些實(shí)施方案中，消化可在連續(xù)操作的加壓的水熱消化裝置中實(shí)施。但在其它實(shí)施方案中，消化可以以間歇方式實(shí)施。合適的水熱消化裝置可以包括例如 “PANDIA? Digester”(Voest-Alpine Industrienlagenbau GmbH，Linz，Austria)、〃DEFIBRAT0R Digester"(Sunds Defibrator AB Corporat1n，Stockholm，Sweden)、M&D(Messing & Durkee)digester(Bauer Brothers Company,Springfield,Oh1,USA)和 KAMYR Digester (Andritz Inc.，Glens Falls，New York, USA)。在一些實(shí)施方案中，生物質(zhì)可至少部分浸在水熱消化裝置中。在其它實(shí)施方案中，水熱消化裝置可作為滴流床或堆置型水熱消化裝置操作。流化床和攪拌接觸水熱消化裝置也可用于一些實(shí)施方案中。適合的水熱消化裝置設(shè)計(jì)可包括如并流、逆流、攪拌接觸或流化床水熱消化裝置。
[0046]在一些實(shí)施方案中，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)可還包括與水熱消化裝置操作相連的固體引入機(jī)構(gòu)，其中催化劑輸送機(jī)構(gòu)可以將固體引入機(jī)構(gòu)和催化劑收集區(qū)操作相連。在一些實(shí)施方案中，固體引入機(jī)構(gòu)可還包括常壓區(qū)和在常壓和高壓間轉(zhuǎn)換的壓力過渡區(qū)。這種固體引入機(jī)構(gòu)可用于將纖維素類生物質(zhì)固體和/或第一催化劑從低壓態(tài)引入適合于引入加壓水熱消化裝置的高壓態(tài)。適合的常壓區(qū)可包括如輸送帶、振動(dòng)管輸送器、螺桿進(jìn)料器或輸送器、儲(chǔ)罐、緩沖罐和倉式分配器等。在一些實(shí)施方案中，固體輸送機(jī)構(gòu)可與固體引入機(jī)構(gòu)的常壓區(qū)操作相連。在其它實(shí)施方案中，固體輸送機(jī)構(gòu)可與固體引入機(jī)構(gòu)的壓力過渡區(qū)操作相連。適合的壓力過渡區(qū)可包括如在2011年12月20日提交的共同擁有的美國專利申請(qǐng)公開US 2013/0152457和US 2013/0152458中所述的加壓螺桿進(jìn)料器、壓力轉(zhuǎn)換室等。在任何情況下，在再次引入水熱消化裝置之前固體引入機(jī)構(gòu)可容納第一催化劑。在一些實(shí)施方案中，固體引入機(jī)構(gòu)也可容納纖維素類生物質(zhì)固體用于引入水熱消化裝置。
[0047]在一些實(shí)施方案中，固體引入機(jī)構(gòu)可在低壓態(tài)和高壓態(tài)間轉(zhuǎn)換。在一些實(shí)施方案中，在低壓態(tài)下將第一催化劑和任選的纖維素類生物質(zhì)固體加入固體引入機(jī)構(gòu)。此后，可將固體引入機(jī)構(gòu)加壓至適合于引入水熱消化裝置的高壓態(tài)。一旦第一催化劑和/或纖維素類生物質(zhì)固體已經(jīng)引入水熱消化裝置，可降低壓力準(zhǔn)備接收額外的固體。在一些實(shí)施方案中，為了完成上述操作，可將第一催化劑和/或纖維素類生物質(zhì)固體加入固體引入機(jī)構(gòu)的常壓區(qū)和隨后轉(zhuǎn)移至固體引入機(jī)構(gòu)的壓力過渡區(qū)。此后，可將壓力過渡區(qū)中的壓力提高至適合于引入加壓的水熱消化裝置的水平。
[0048]在一些實(shí)施方案中，固體引入機(jī)構(gòu)可以允許固體在消化裝置沒有完全泄壓的情況下被引入水熱消化裝置中。在引入水熱消化裝置前使第一催化劑和/或纖維素類生物質(zhì)加壓可以允許消化裝置保持加壓狀態(tài)和連續(xù)操作。水熱消化前使纖維素類生物質(zhì)加壓的更多好處也在下文中進(jìn)行討論。
[0049]在一些實(shí)施方案中，通過將水熱消化裝置中的至少部分液相引入壓力過渡區(qū)可以至少部分使壓力過渡區(qū)加壓。在一些或其它實(shí)施方案中，通過向壓力過渡區(qū)引入氣體可以至少部分使壓力過渡區(qū)加壓。在一些實(shí)施方案中，所述液相可以包括作為催化還原反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)生的有機(jī)溶劑。在其它實(shí)施方案中，可以應(yīng)用外部溶劑使壓力過渡區(qū)加壓。
[0050]在來自水熱消化裝置的液相存在下使生物質(zhì)加壓可以實(shí)現(xiàn)至少兩個(gè)好處。首先，在液相存在下使生物質(zhì)加壓可能會(huì)使消化溶劑滲入生物質(zhì)，一旦引入水熱消化裝置，這可能使生物質(zhì)浸泡在消化溶劑中。另外，通過在壓力過渡區(qū)中向生物質(zhì)中加入熱的液相，一旦引入水熱消化裝置中，可能需要較少的能量輸入使生物質(zhì)升溫。這些特征均可以提高消化過程的效率。
[0051]在一些實(shí)施方案中，催化劑收集區(qū)可為位于水熱消化裝置底部或下方的槽。在一些實(shí)施方案中，催化劑收集區(qū)可位于水熱消化裝置底部。在其它實(shí)施方案中，催化劑收集區(qū)可位于水熱消化裝置底部以上的位置。
[0052]在一些實(shí)施方案中，催化劑輸送機(jī)構(gòu)可與水熱消化裝置操作相連，具體地與催化劑收集區(qū)操作相連。在一些實(shí)施方案中，催化劑輸送機(jī)構(gòu)可操作連接至水熱消化裝置的底部。在一些實(shí)施方案中，催化劑輸送機(jī)構(gòu)可將水熱消化裝置、具體為催化劑收集區(qū)與固體引入機(jī)構(gòu)操作相連。在其它實(shí)施方案中，催化劑輸送機(jī)構(gòu)可將水熱消化裝置、具體為催化劑收集區(qū)與水熱消化裝置上的另一位置操作相連。即在一些實(shí)施方案中，催化劑輸送機(jī)構(gòu)可將第一催化劑從水熱消化裝置的底部輸送至水熱消化裝置內(nèi)的另一位置。在一些實(shí)施方案中，催化劑輸送機(jī)構(gòu)可將第一催化劑從水熱消化裝置的底部輸送至水熱消化裝置的頂部。
[0053]在各種實(shí)施方案中，水熱消化裝置可在加壓態(tài)下操作，如在下文更詳細(xì)地討論的。正如以上所討論的，催化劑輸送機(jī)構(gòu)在一些實(shí)施方案中可在加壓態(tài)下操作和在其它實(shí)施方案中在低壓態(tài)、特別是常壓態(tài)下操作。在其中催化劑輸送機(jī)構(gòu)在低壓態(tài)下操作的實(shí)施方案中，可能希望在水熱消化裝置和催化劑輸送機(jī)構(gòu)之間結(jié)合壓力過渡區(qū)，其中壓力過渡區(qū)將催化劑收集區(qū)和催化劑輸送機(jī)構(gòu)操作相連。在避免必須在高壓下操作催化劑輸送機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)用壓力過渡區(qū)可能是有利的。適合用于該位置的描述性的壓力過渡區(qū)可包括如壓力轉(zhuǎn)換室等。
[0054]在一些實(shí)施方案中，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)還可包括催化劑分離機(jī)構(gòu)，所述催化劑分離機(jī)構(gòu)可在通過催化劑輸送機(jī)構(gòu)輸送第一催化劑之前從第一催化劑中脫除非催化劑固體。通常可以與催化劑固體分離的非催化劑固體包括如殘余的纖維素類生物質(zhì)固體、由水熱消化產(chǎn)生的纖維素類生物質(zhì)固體的不可溶或沉淀的組分(例如木質(zhì)素)和纖維素類生物質(zhì)來源內(nèi)不可消化的雜質(zhì)等。在一些實(shí)施方案中，可在通過催化劑輸送機(jī)構(gòu)輸送第一催化劑之前從第一催化劑中脫除非催化劑固體。在一些或其它實(shí)施方案中，可在通過催化劑輸送機(jī)構(gòu)輸送第一催化劑之后從第一催化劑中脫除非催化劑固體。在一些實(shí)施方案中，可在通過催化劑輸送機(jī)構(gòu)輸送第一催化劑之后但在第一催化劑被再次引入水熱消化裝置之前從第一催化劑中脫除非催化劑固體。在一些實(shí)施方案中，催化劑分離機(jī)構(gòu)可位于水熱消化裝置內(nèi)但在催化劑輸送機(jī)構(gòu)之前。在其它實(shí)施方案中，催化劑分離機(jī)構(gòu)可位于水熱消化裝置的外部但在催化劑輸送機(jī)構(gòu)之前。在一些實(shí)施方案中，可通過密度差異實(shí)施催化劑分離。例如，通過引發(fā)流化作用來脫除較低密度生物質(zhì)細(xì)顆粒和其它材料，可分離更高密度的催化劑顆粒。在一些實(shí)施方案中，磁選可用于適合的催化劑。在一些實(shí)施方案中，可通過提取進(jìn)行催化劑分離。例如，通過將催化劑提取入烴或其它有機(jī)溶劑相，親脂性載體載帶的催化劑可與生物質(zhì)細(xì)顆粒和其它材料分離。
[0055]通常，任何類型的流體流動(dòng)的第一催化劑均可用于水熱消化裝置中。如本文所用的，術(shù)語“流體流動(dòng)”指的是催化劑不會(huì)保持在固定位置和通過流體相迀移的條件。適合類型的流體流動(dòng)的催化劑可包括如流化床催化劑、漿液催化劑、沸騰床催化劑、固定床催化劑顆粒和它們的組合等。能夠活化分子氫的適合催化劑的更具體例子在下文進(jìn)行更詳細(xì)地討論。在一些實(shí)施方案中，至少部分第一催化劑可在流體相中非漂浮。如本文所用的，術(shù)語“非漂浮”指的是其中包含催化劑顆粒的第一催化劑在流體相中下沉。在這里所述的不同實(shí)施方案中，非漂浮第一催化劑在靜態(tài)流體相或其中流體速度不足以維持催化劑顆粒懸浮在流體相中的流動(dòng)流體相中下沉。使用術(shù)語“非漂浮”不表示具體的下沉速度。
[0056]在一些實(shí)施方案中，第一催化劑和/或第二催化劑可包含耐毒催化劑。當(dāng)在經(jīng)受催化還原反應(yīng)之前未純化水解產(chǎn)物(例如脫除由生物質(zhì)產(chǎn)生的毒物)時(shí)使用耐毒催化劑可能是希望的。因?yàn)樗猱a(chǎn)物在本實(shí)施方案的水熱消化裝置中直接經(jīng)歷原位催化還原反應(yīng)，沒有機(jī)會(huì)純化水解產(chǎn)物；因此，在這種情況下將耐毒催化劑用于第一催化劑可能是特別希望的。正如這里應(yīng)用的，“耐毒催化劑”被定義為能夠活化分子氫而在連續(xù)操作至少12小時(shí)內(nèi)不需要由于低催化活性進(jìn)行再生或更換的催化劑。使用耐毒催化劑可避免與催化劑再生和更換相關(guān)的缺點(diǎn)。當(dāng)在水熱消化裝置內(nèi)再生和/或更換催化劑時(shí)，催化劑再生和更換可能是特別不希望的，因?yàn)檫@可導(dǎo)致顯著的過程停車和當(dāng)重新開始水熱消化過程時(shí)相當(dāng)多的能量消耗。
[0057]在一些實(shí)施方案中，合適的耐毒催化劑可以包括例如硫化催化劑。適合于活化分子氫的硫化催化劑在共同擁有的美國專利申請(qǐng)公開US 2012/0317872(2011年6月14日提交)和US 2013/0109896(2011年10月31日提交)中有述。硫化可以通過用硫化氫處理催化劑實(shí)施，任選同時(shí)催化劑沉積在固體載體上。在更特別的實(shí)施方案中，耐毒催化劑可以包括含(a)硫、(b)鉬或鎢和(c)鈷、鎳或它們的混合物的催化劑(例如硫化的鈷-鉬酸鹽催化劑)。我們發(fā)現(xiàn)取決于反應(yīng)條件，這種催化劑可以產(chǎn)生C2-C6含氧中間體，而不會(huì)形成過量的C2-C4烷烴。通過閃蒸或液-液相分離可以很容易地將所形成的單含氧中間體與水分開，和在單獨(dú)的步驟中在酸或堿催化劑作用下經(jīng)歷縮聚反應(yīng)，從而產(chǎn)生在汽油、噴氣燃料或柴油范圍內(nèi)的液體生物燃料。
[0058]在一些實(shí)施方案中，在從水熱消化裝置通到催化還原反應(yīng)器裝置(即通過流體循環(huán)回路)之前可使水解產(chǎn)物純化。描述性的純化技術(shù)可包括例如離子交換。在其它實(shí)施方案中，在催化還原反應(yīng)器裝置中經(jīng)歷催化還原之前水解產(chǎn)物可保持未純化。水解產(chǎn)物保持未純化態(tài)可導(dǎo)致生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程內(nèi)更好的熱傳遞完整性。但當(dāng)水解產(chǎn)物保持未純化時(shí)，可能希望催化還原反應(yīng)器裝置內(nèi)的第二催化劑包含耐毒催化劑。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，能夠活化分子氫的任何類型催化劑均可適當(dāng)用于催化還原反應(yīng)器裝置內(nèi)。
[0059]在一些實(shí)施方案中，可再生的催化劑可用于水熱消化裝置和/或催化還原反應(yīng)器裝置。正如這里應(yīng)用的，“可再生的催化劑”可以通過再生恢復(fù)其至少一部分催化活性，即使當(dāng)被氮化合物雜質(zhì)、硫化合物雜質(zhì)或其任意組合中毒也是如此。理想地，這些可再生催化劑應(yīng)該用最少量的過程停車時(shí)間來再生。
[0060]在各種實(shí)施方案中，在水熱消化裝置中實(shí)施的催化還原反應(yīng)可在分子氫存在下發(fā)生。在一些實(shí)施方案中，可由外部供應(yīng)分子氫至水熱消化裝置。例如，在一些實(shí)施方案中，可從消化裝置的底部供應(yīng)分子氫，使得分子氫向上流動(dòng)。在一些或其它實(shí)施方案中，可通過應(yīng)用含水相重整(APR)催化劑內(nèi)部產(chǎn)生分子氫。在一些實(shí)施方案中可在水熱消化裝置內(nèi)部或在其它實(shí)施方案中在外部應(yīng)用APR催化劑產(chǎn)生分子氫。因此，氫傳遞管線可為這里所述的水熱消化裝置的任選的特征。
[0061]在一些實(shí)施方案中，在水熱消化裝置和催化還原反應(yīng)器裝置中實(shí)施的催化還原反應(yīng)可以為氫解反應(yīng)。在下文中有氫解反應(yīng)的詳細(xì)描述。
[0062]在一些實(shí)施方案中，可以構(gòu)造流體循環(huán)回路，從而在水熱消化裝置中建立起逆流流動(dòng)。如這里所應(yīng)用的，術(shù)語“逆流流動(dòng)”指相對(duì)于生物質(zhì)引入消化裝置的方向，反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入水熱消化裝置的方向。如果需要，也可以應(yīng)用其它流型如并流。
[0063]在一些實(shí)施方案中，在流體循環(huán)回路內(nèi)在水熱消化裝置的出口和催化還原反應(yīng)器裝置的入口間可能有固體分離機(jī)構(gòu)。固體分離機(jī)構(gòu)可包括本領(lǐng)域已知的任何分離技術(shù)，包括例如過濾器、離心力或離心力基分離機(jī)構(gòu)(如水力旋流器)、沉降罐、離心機(jī)等。合適的過濾器可以包括例如表面型過濾器和厚度過濾器。表面型過濾器可以包括例如濾紙、膜、多孔固體介質(zhì)等。厚度過濾器可以包括例如設(shè)計(jì)用于在其芯結(jié)構(gòu)中捕獲固體的多孔介質(zhì)的柱子或段塞。在一些實(shí)施方案中，兩個(gè)或更多個(gè)過濾器可用于流體循環(huán)回路內(nèi)，其中至少一個(gè)過濾器可反沖至水熱消化裝置，同時(shí)正向流體流持續(xù)流過至少一些剩余的過濾器和向前至催化還原反應(yīng)器裝置。即可以以往復(fù)方式操作兩個(gè)或更多個(gè)過濾器。在一些實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)水力旋流器可用于流體循環(huán)回路內(nèi)。在流體循環(huán)回路內(nèi)使用過濾器和水力旋流器在共同擁有的美國專利申請(qǐng)公開US 2013/0152456和US 2013/0158308中進(jìn)行了描述。
[0064]通常消化可以在液相中實(shí)施。在一些實(shí)施方案中，液相可以包括包括水的消化溶劑。在一些實(shí)施方案中，液相可以進(jìn)一步包括有機(jī)溶劑。在一些實(shí)施方案中，有機(jī)溶劑可以包括由可溶性碳水化合物催化還原反應(yīng)產(chǎn)生的含氧中間體。例如，在一些實(shí)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(yīng)或其它催化還原反應(yīng)產(chǎn)生的含氧中間體。在一些實(shí)施方案中，含氧中間體可以包括由原位催化還原反應(yīng)產(chǎn)生和/或來自催化還原反應(yīng)器裝置的那些物質(zhì)。在一些實(shí)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(chǎn)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(jī)溶劑也可以用作起始消化溶劑。通常，在消化過程中可以存在足夠量的液相，從而使生