CN104508087A - 在生物质预处理后应用浆液催化剂提供整合稳定的水解产物的生物质转化系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

消化纤维素类生物质固体形成水解产物可以在消化过程中利用整合的催化还原实施，以将水解产物中的可溶性碳水化合物转化为更稳定的反应产物。这种整合的催化还原可以应用浆液催化剂实施。用于实施整合的催化还原的生物质转化系统可以包括：包含能够活化分子氢的浆液催化剂的水热消化装置；与水热消化装置操作相连的任选的氢进料管线；包括水热消化装置和催化还原反应器装置的流体循环回路，其中所述催化还原反应器装置也包含所述浆液催化剂；不是流体循环回路一部分且不包含所述浆液催化剂的预处理消化装置；和将预处理消化装置与水热消化装置操作相连的固体输送机构。

Description

在生物质预处理后应用浆液催化剂提供整合稳定的水解产物的生物质转化系统及其应用方法

本专利申请要求2012年6月28是提交的美国专利申请No.61/665,668的权益。

技术领域

本发明大体上涉及应用消化处理纤维素类生物质固体以产生水解产物，和更具体地，涉及生物质转化系统及其应用方法，所述系统和方法在生产包含可溶性碳水化合物的水解产物中采用纤维素类生物质浆料，其中在消化过程中所述可溶性碳水化合物可通过应用浆液催化剂进一步稳定。

背景技术

具有商业重要性的多种物质可以产自于天然资源，特别是生物质。由于在其中发现了各种形式的多种丰富的碳水化合物，纤维素类生物质在这方面可能特别有利。如这里所应用的，术语"纤维素类生物质"指包含纤维素的存活或者最近存活的生物材料。在高级植物的细胞壁中发现的木质纤维素材料是世界上最丰富的碳水化合物来源。通常由纤维素类生物质生产的材料可以包括例如经部分消化产生的纸和纸浆和经发酵产生的生物乙醇。

植物细胞壁被分为两部分，即初生细胞壁和次生细胞壁。初生细胞壁提供用于细胞膨胀的结构支撑和由三种主要的多糖(纤维素、胶质和半纤维素)和一组糖蛋白组成。次生细胞壁在细胞完成生长后产生，还包含多糖和通过与半纤维素共价交联的聚合性木质素强化。半纤维素和胶质通常含量丰富，但纤维素是主要的多糖和最丰富的碳水化合物来源。正如下文所讨论，与纤维素共存在的各组分的复杂混合物可能会使其处理起来比较困难。

已经有大量的注意力放在了开发由可再生来源获得的化石燃料替代物上。在这方面，纤维素类生物质由于其存量丰富且在其中发现了大量不同组分(特别是纤维素和其它碳水化合物)而引起了特别的注意。尽管很有希望且引起了人们极大的兴趣，但生物基燃料技术的开发和实施仍非常缓慢。直到今天，现有技术产生的燃料仍具有低的能量密度(例如生物乙醇)和/或不能与现有的发动机设计和运输基础设施完全相容(例如甲醇、生物柴油、费-托柴油、氢气和甲烷)。应对前述和其它问题，用于将纤维素类生物质处理为具有类似化石燃料组成的燃料混合物的能量和成本有效的方法将是特别希望的。

当转化纤维素类生物质为燃料混合物和其它物质时，可以提取其中存在的纤维素和其它复杂的碳水化合物，和将其转化为更简单的有机分子，后者随后可以进一步重整。发酵是可以将来自生物质的复杂碳水化合物转化为更有用形式的一种方法。但发酵方法通常很慢、需要大体积的反应器、和产生具有较低能量密度的初始反应产物(乙醇)。消化是可将纤维素和其它复杂碳水化合物转化为更有用形式的另一种方法。消化方法可以将纤维素类生物质内的纤维素和其它复杂的碳水化合物分解为更简单的可溶性碳水化合物，后者适合于通过下游的重整反应进一步转化。如这里所应用的，术语"可溶性碳水化合物"指在消化过程中变得可溶解的单糖或多糖。虽然据理解基础化学支持消化纤维素和其它复杂碳水化合物和进一步转化简单碳水化合物为与化石燃料中存在的那些类似的有机化合物，但尚未开发出适合于转化纤维素类生物质为燃料混合物的高收率和能量有效的消化方法。在这方面，与应用消化和其它方法转化纤维素类生物质为燃料混合物相关的最基本需求是实现转化需要的能量输入不应大于产物燃料混合物可获得的能量输出。这种基本需求导致多个次级问题，而这些问题总体提出了到目前为至还没有解决的极大的工程挑战。

与以能量和费用有效的方式应用消化将纤维素类生物质转化为燃料混合物相关的问题不仅复杂，而且它们完全不同于在造纸和纸浆工业中通常应用的消化过程中遇到的那些问题。因为在造纸和纸浆工业中纤维素类生物质消化的目的是保留固体物质(例如纸浆)，通常在低温下(例如小于100℃)实施不完全消化相当短的时间。与之相对，适合转化纤维素类生物质为燃料混合物和其它物质的消化过程理想地构造为以高通量方式通过溶解尽可能多的初始纤维素类生物质进料来使收率最大化。

因为多个原因通过常规调整造纸和纸浆消化过程而生产用于燃料混合物和其它物质的大量可溶性碳水化合物是不可行的。简单地通过运行造纸和纸浆工业的消化过程更长时间来产生更多可溶性碳水化合物从通量角度来看是不希望的。应用消化促进剂如强碱、碱酸或亚硫酸盐来使消化速率加快可能会由于后处理的分离步骤和可能需要保护下游组件不受这些试剂损害而增加工艺成本和复杂性。通过提高消化温度而使消化速率加快由于在高的消化温度下可能会发生可溶性碳水化合物的热降解而实际上降低了收率。一旦通过消化产生，可溶性碳水化合物非常有活性且可能快速降解，特别是在高温条件(例如大于100℃、特别是大于150℃)下。从能量效率角度来看，应用较高的消化温度也是不希望的。这些困难的任何一个均可以挫败从纤维素类生物质获得燃料混合物的经济可行性。

可以保护水解产物中可溶性碳水化合物不热降解的一种方法是使它们经受催化还原反应过程，所述过程可以包括加氢和/或氢解反应。通过实施一种或多种催化还原反应来稳定水解产物中的可溶性碳水化合物可以允许纤维素类生物质的消化在比可能的情况更高的温度下实施，而不会过度牺牲收率。另外，催化还原反应过程的产物通过下游的重整反应可以很容易地转化为燃料混合物和其它物质。

与处理纤维素类生物质为燃料混合物相关的另一个问题来自于需要纤维素类生物质进料变为可溶性碳水化合物的高转化百分比。具体地，当纤维素类生物质固体消化时，它们的尺寸最终减小至它们变得可流体流动的点。正如这里应用的，可流体流动的纤维素类生物质固体，特别是尺寸小于3mm或更小的纤维素类生物质固体将被称为"纤维素类生物质细颗粒"。纤维素类生物质细颗粒可以从用于转化纤维素类生物质的系统的消化区输送出来，和进入一个或多个不需要固体和固体可能会有害的区域。例如，纤维素类生物质细颗粒有可能会堵塞催化剂床层、输送管线等。另外，虽然尺寸小，但纤维素类生物质细颗粒可能代表纤维素类生物质进料的重要部分，和如果它们不能进一步转化为可溶性碳水化合物，获得令人满意的转化百分比的能力可能就会受到影响。因为造纸和纸浆工业的消化过程在相当低的纤维素类生物质转化百分比下运行，相信产生了少量的纤维素类生物质细颗粒和这对这些消化过程具有较小的影响。

除了想要的碳水化合物外，在纤维素类生物质中可能存在其它物质，这些物质可能对以能量和费用有效的方式进行处理特别成问题。含硫和/或含氮的氨基酸或其它催化剂毒物可能在纤维素类生物质中存在。如果不脱除，这些催化剂毒物可能会影响用于稳定可溶性碳水化合物的催化还原反应，从而造成用于催化剂再生和/或替换的过程停车，和当重新启动过程时降低总的能量效率。另一方面，在过程中脱除这些催化剂毒物也可能影响生物质转化过程的能量效率，因为实施脱除通常需要的离子交换过程经常在低于消化产生可溶性碳水化合物的温度下实施，从而引入热交换操作，这将增加设计的复杂性和可能会增加操作成本。

正如前述所证明的，有效转化纤维素类生物质为燃料混合物是具有极大工程挑战的复杂问题。本发明应对这些挑战和提供了相关优点。

发明内容

本发明大体上涉及应用消化处理纤维素类生物质固体以产生水解产物，和更具体地涉及生物质转化系统及其应用方法，其中所述方法和系统在生产包含可溶性碳水化合物的水解产物中采用纤维素类生物质浆料，其中在消化过程中所述可溶性碳水化合物可通过应用浆液催化剂进一步稳定。

在一些实施方案中，本发明提供生物质转化系统，其包括：包含能够活化分子氢的浆液催化剂("分子氢活化浆液催化剂")的水热消化装置；与水热消化装置操作相连的任选的氢进料管线；包括水热消化装置和催化还原反应器装置的流体循环回路，其中所述催化还原反应器装置也包含所述浆液催化剂；不是流体循环回路一部分且不包含所述浆液催化剂的预处理消化装置；和将预处理消化装置与水热消化装置操作相连的固体输送机构。

在一些实施方案中，本发明提供一种方法，其包括：在预处理消化装置中提供纤维素类生物质固体；在预处理消化装置中将纤维素类生物质固体在第一温度下加热第一时间段，所述第一温度和第一时间段足以从纤维素类生物质固体中脱除至少部分半纤维素和木质素，从而产生生物质浆料；将至少部分生物质浆料输送至包含能够活化分子氢的浆液催化剂("分子氢活化浆液催化剂")的水热消化装置中；在水热消化装置中在分子氢存在下将生物质浆料在第二温度下加热第二时间段，同时使浆液催化剂在其中循环，所述第二温度和第二时间段足以消化至少部分纤维素，从而形成在液相内包含可溶性碳水化合物的水解产物；在可溶性碳水化合物在水热消化装置内时，至少部分将可溶性碳水化合物通过催化还原反应转化为反应产物；和将至少部分液相输送至也包含所述浆液催化剂的催化还原反应器装置，从而将可溶性碳水化合物进一步转化为反应产物。

在阅读了如下对优选实施方案的描述后，对本领域的普通技术人员来说本发明的特征和优点将变得更明显。

附图说明

包括如下附图来描述本发明的某些方面，和不应将它们看作是排它性实施方案。所公开的主题能够在形式和功能方面进行相当大程度的调整、改变、组合和等价替换，这对于本领域技术人员在受益于本公开内容后是很明显的。

图1示意性给出了描述性的生物质转化系统，所述转化系统具有在流体循环回路中相互偶合的水热消化装置和催化还原反应器装置，和不是流体循环回路一部分的预处理消化装置，其中所述水热消化装置和催化还原反应器装置均包含所述浆液催化剂。

图2示意性给出了生物质转化系统的另一种构造，所述转化系统具有在流体循环回路中相互偶合的水热消化装置和催化还原反应器装置，和不是流体循环回路一部分的预处理消化装置，其中所述水热消化装置和催化还原反应器装置均包含所述浆液催化剂。

图3示意性给出了生物质转化系统的另一种构造，所述转化系统具有在流体循环回路中相互偶合的水热消化装置和催化还原反应器装置，和不是流体循环回路一部分的预处理消化装置，其中所述水热消化装置和催化还原反应器装置均包含所述浆液催化剂。

具体实施方式

本发明大体涉及应用消化处理纤维素类生物质固体以产生水解产物，和更具体涉及在生产包含可溶性碳水化合物的水解产物中采用纤维素类生物质浆料的生物质转化系统及其应用方法，其中在消化过程中所述可溶性碳水化合物可以通过应用浆液催化剂进一步稳定。

在这里描述的实施方案中，在消化溶剂存在下纤维素类生物质固体的消化速率可以加快。在一些实例中，消化溶剂可以保持在高压下，使得在高于其正常沸点下消化溶剂为液态。虽然从通量的角度来看，在一些类型的条件下更快的纤维素类生物质固体消化速率可能是希望的，但正如以上所讨论的，可溶性碳水化合物在高温下可能易于降解。

为了对抗与可溶性碳水化合物降解相关的问题，本发明提供用于消化纤维素类生物质固体的系统和方法，其有效地促进了从中产生的可溶性碳水化合物的热稳定。具体地，本发明提供了其中水热消化和一种或多种催化还原反应在相同容器中发生的系统和方法。我们发现如果以这种方式实施，可最有效地实现可溶性碳水化合物的稳定。前述过程可以通过在包含纤维素类生物质固体的水热消化装置内包含能够活化分子氢的浆液催化剂来实现。如这里所应用的，术语"浆液催化剂"指包含流体可移动催化剂颗粒的催化剂，其中所述颗粒可以通过气流、液流、机械搅拌或它们的任意组合而至少部分悬浮在流体相中。水热消化装置内浆液催化剂的存在可以允许在其内发生一种或多种原位(整合)催化还原反应，从而在可溶性碳水化合物形成后，一旦可行，就有利地截取和转化可溶性碳水化合物为更稳定的反应产物。如这里所应用的，术语"原位催化还原反应"指在与消化过程相同的容器中发生的催化还原反应。反应产物的形成可以减少水热消化过程中发生的热分解量，从而能够以及时方式使纤维素类生物质固体以高收率转化为所需反应产物。

除了快速稳定可溶性碳水化合物为反应产物外，从能量效率观点看，实施一种或多种原位催化还原反应也可能是特别有利的。具体地，纤维素类生物质的水热消化是吸热过程，而催化还原反应是放热的。因此，原位催化还原反应产生的过量热量可以被用于驱动水热消化，从而减少实施消化所需要的附加热量输入。因为在这里描述的实施方案中消化和催化还原在相同的容器中发生，与在单独位置实施催化还原反应时相比，发生热传递损失可能最小。另外，在这种构造中，原位催化还原反应可以在水热消化装置内提供不断增加的反应产物供应，这可以用作和/或补充消化溶剂。因为反应产物和消化溶剂可以相同，在下游进一步处理反应产物之前，不急于分离和循环大部分消化溶剂，这从能量效率观点来看可能是更加有利的。

虽然对于稳定可溶性碳水化合物和实现热整合的目的来说实施一种或多种原位催化还原反应可能是高度希望的，但纤维素类生物质内的催化剂毒物和其它物质可能会使得实施这种方法非常困难。当实施原位催化还原反应时，在催化剂毒物与分散的浆液催化剂接触前，很难有机会脱除它们。可以应对这个问题的一种办法是应用耐毒浆液催化剂，一些耐毒浆液催化剂将在下文中讨论。另一种替代办法是应用在暴露于可以在水热消化装置中或其附近很容易地建立的条件下可再生的浆液催化剂。例如，在一些实施方案中，可通过将其暴露于温度至少300℃的水而使可再生的浆液催化剂再生。

应对纤维素类生物质固体中的催化剂毒物的另一种替代办法是在开始水热消化前从纤维素类生物质固体中脱除所述毒物。可以实现这一点的一种方法是在温度低于可溶性碳水化合物大量形成的温度时实施初始的预消化。预消化后脱除液相可以脱除至少部分催化剂毒物和留下纤维素类生物质浆料。预消化也可以从纤维素类生物质固体中脱除至少部分问题组分如木质素。虽然实施预消化在某种程度上可能增加过程的复杂性，但它可以使实施原位催化还原反应问题减少。具体地，实施预消化可能会使可应用的催化剂增多，特别是那些具有低耐毒性的催化剂。但应该理解的是即使实施了预消化，为了延长催化剂寿命，应用耐毒催化剂可能仍是希望的。

当实施预消化以从纤维素类生物质固体中脱除催化剂毒物时，在一些实施方案中，预消化可以在水热消化装置中实施。也就是说，在水热消化装置中可以将纤维素类生物质固体在第一温度下预消化，从纤维素类生物质固体中释放出催化剂毒物，但不产生大量的可溶性碳水化合物。在脱除催化剂毒物后，在水热消化装置中可以将温度升高以产生可溶性碳水化合物，所述可溶性碳水化合物随后在浆液催化剂和分子氢存在下进行催化还原反应。这种构造基本相当于间歇处理，因为水热消化装置不能同时脱除催化剂毒物和产生反应产物。在一个替代的方案中，催化剂毒物可以在与水热消化装置分开的预处理消化装置中脱除。然后在预处理消化装置中产生的纤维素类生物质浆料可以以连续或半连续状态进料至水热消化装置中，以在水热消化装置中连续地形成反应产物。将纤维素类生物质浆料从预处理消化装置输送至加压水热消化装置的技术在下文中更为详细地讨论。

一旦可溶性碳水化合物已经在水热消化过程中至少部分转化为更稳定的反应产物，可以在单独的催化还原反应器装置中发生可溶性碳水化合物向反应产物的完全转化，其中所述催化还原反应器装置也采用能够活化分子氢的浆液催化剂或不同的催化剂。在催化还原反应器装置中发生的转化可以包括初始反应产物的氧化程度进一步降低、可溶性碳水化合物至含氧中间体的转化率提高，或者这两者。如这里所应用的，术语"含氧中间体"指由可溶性碳水化合物的催化还原反应产生的醇、多元醇、酮、醛和它们的混合物。所描述的生物质转化系统的特征可以允许大量最初溶解的碳水化合物转化为合适于随后处理为生物燃料的形式，同时在水热消化装置中或其附近形成尽可能少的焦糖烷和其它分解产物。

由催化还原反应器装置获得的反应产物可以被循环至水热消化装置或预处理消化装置，在其中它可以用作消化溶剂，和/或从催化还原反应器装置抽出用于随后转化为生物燃料或其它物质。在水解产物到达催化还原反应器装置之前通过至少部分将可溶性碳水化合物转化为反应产物，可以减少对催化还原反应器装置的要求，和也可能实现可溶性碳水化合物向反应产物的更高转化率。另外，有可能应用比相关方法更小的催化还原反应器装置，因为在到达催化还原反应器装置之前，至少部分可溶性碳水化合物已经被转化。更进一步，因为在水热消化装置中通过实施催化还原反应可以实现更好的热整合效率，可能减少为了维持能量有效过程而从催化还原反应器装置循环反应产物至水热消化装置的需求。因此，可应用更低的反应产物循环比，和可抽出更大部分的反应产物用于随后转化为生物燃料或其它物质。前述因素也可减少与生物质转化系统和相关方法相关的投资和操作成本。

在热整合效率的另一个方面，本发明的生物质转化系统也可能特别有利，因为在某些实施方案中，系统中的水热消化装置可以在高温和高压下连续操作。通过构造生物质转化系统使得可以向在加压状态下操作的水热消化装置连续或半连续提供新鲜纤维素类生物质浆料，可以实现连续的高温水热消化。如果没有能力为加压的水热消化装置引入新鲜纤维素类生物质浆料，在浆料添加过程中可能会发生水热消化装置的泄压和冷却，明显地降低了转化过程的能量和成本效率。如这里所应用的，术语"连续加入"及其语法等价用语指在不完全泄压水热消化装置的情况下以不间断方式向水热消化装置中加入纤维素类生物质浆料的过程。如这里所应用的，术语"半连续加入"及其语法等价用语指在不完全泄压水热消化装置的情况下不连续但按需向水热消化装置中加入生物质浆料。可向加压的水热消化装置提供生物质浆料的固体引入机构的进一步描述在下文中更为详细地给出。

在这里描述的一些实施方案中，在水热消化装置和催化还原反应器装置中均可以应用浆液催化剂来调节可溶性碳水化合物向反应产物的催化还原反应。因为在纤维素类生物质固体存在下固定床催化剂可能极容易堵塞，应用浆液催化剂(特别是在水热消化装置中)可能是有利的。另外，通过在催化还原反应器装置中应用浆液催化剂，减小了由于固体如纤维素类生物质细颗粒堵塞的可能性。同样进一步的是，通过在水热消化装置和催化还原反应器装置中应用浆液催化剂，在任何一个位置均不需要使催化剂隔离，和在一些实施方案中催化剂可以在这两者间自由循环。但在一些实施方案中，可能在水热消化装置、催化还原反应器装置、或这两者中进行催化剂隔离。由于水热消化装置中纤维素类生物质固体的存在，浆液催化剂可以有利地至少部分被纤维素类生物质进料保留在其中，从而减少了如其它浆液催化剂过程中实施催化剂隔离的需求。通过降低在这里描述的生物质转化系统中应用的循环比可以有助于在水热消化装置中保留浆液催化剂。在任何一种情况中，在水热消化装置内通过纤维素类生物质进料循环浆液催化剂均可以提供生物质内催化剂的良好分布，从而允许可溶性碳水化合物在其形成后尽可能快地通过催化还原反应有效地稳定。

因为浆液催化剂可以象流体一样流动，可以应用氢气射流、溶剂循环或其任意组合在水热消化装置中使浆液催化剂分布于全部纤维素类生物质进料中。纤维素类生物质中良好的催化剂分布可以通过在可溶性碳水化合物有机会降解之前进行拦截而提高收率。另外，应用浆液催化剂可以允许固定床消化装置更加成功地应用，因为不再需要机械搅拌或类似的机械搅拌影响催化剂分布。与搅拌釜或类似消化装置构造中可能应用的相比，这可以允许单位体积消化装置应用更高的生物质与溶剂比。另外，因为不需要搅拌，在发生消化前，不再急需改变生物质固体的尺寸。

如果不在这里另外指出，应理解的是在这里的说明书中应用术语"生物质"或"纤维素类生物质"指"纤维素类生物质固体"。所述固体可以为任何尺寸、形状或形式。纤维素类生物质固体可以以这些固体尺寸、形状或形式的任何一种自然存在，或者它们在水热消化前可以进一步处理。在一些实施方案中，在水热消化前，可以将纤维素类生物质固体剁碎、粉碎、撕碎、压碎和类似操作以产生想要的尺寸。在一些或其它实施方案中，在进行水热消化之前，可以洗涤纤维素类生物质固体(例如用水、酸、碱或其组合等)。

如这里所应用的，术语"纤维素类生物质浆料"或"生物质浆料"指部分消化的纤维素类生物质固体。

在实施本发明的实施方案中，可以应用任何类型的合适生物质来源。合适的纤维素类生物质来源可以包括例如林业残余物、农业残余物、草本物料、市政固体废物、废弃和回收的纸、纸浆和造纸厂残余物、以及它们的任意组合。因此，在一些实施方案中，合适的纤维素类生物质可以包括例如玉米秸秆、稻草、甘蔗渣、芒草、蜀黍残余物、柳枝稷、竹子、水葫芦、硬木、硬木屑、硬纸浆、软木、软木屑、软纸浆和/或它们的任意组合。叶子、根、种子、茎、壳等可以用作纤维素类生物质的来源。纤维素类生物质的通用来源可以包括例如农业废物(如玉米秸杆、稻草、种子壳、甘蔗渣、坚果壳等)、木材(如木头或树皮、锯屑、木材削砍物、伐木场碎渣等)、市政废物(如废纸、草坪修剪物或残渣等)、和能源作物(如白杨、柳树、柳枝稷、苜蓿、草原须芒草、玉米、黄豆等)。可以基于如下考虑例如纤维素和/或半纤维素含量、木质素含量、生长时间/季节、生长地点/运输成本、种植成本、收割成本等选择纤维素类生物质。

可以在纤维素类生物质中存在的示例性的碳水化合物可以包括例如糖、糖醇、纤维素、木质纤维素、半纤维素和它们的任意组合。一旦按这里描述的实施方案通过消化过程从生物质基质中脱除了可溶性碳水化合物，可溶性碳水化合物可以通过催化还原反应被转化为包含含氧中间体的反应产物。在一些实施方案中，包含反应产物的含氧中间体可以应用进一步的氢解反应、加氢反应、缩合反应、异构化反应、低聚反应、加氢处理反应、烷基化反应等的组合进一步转化为生物燃料或其它物质。在一些实施方案中，可以将至少一部分含氧中间体再循环至水热消化装置以包括至少一部分消化溶剂。从热整合和过程效率角度来看，再循环至少一部分含氧中间体至水热消化装置也可能是特别有利的。

在一些实施方案中，这里描述的生物质转化系统可以包括：包含能够活化分子氢的浆液催化剂("分子氢活化浆液催化剂")的水热消化装置；与水热消化装置操作相连的任选的氢进料管线；包括水热消化装置和催化还原反应器装置的流体循环回路，其中所述催化还原反应器装置也包含所述浆液催化剂；不是流体循环回路一部分且不包含所述浆液催化剂的预处理消化装置；和将预处理消化装置与水热消化装置操作相连的固体输送机构。

在替代的实施方案中，所述预处理消化装置也可以是流体循环回路的一部分。

在一些实施方案中，所述预处理消化装置可以与水热消化装置操作相连。如下文更为详细地讨论的，预处理消化装置和水热消化装置之间的操作相连可以是直接的也可以是间接的。操作相连使得预处理消化装置中产生的生物质浆料被输送至水热消化装置。

在一些实施方案中，预处理消化装置的底部可以与水热消化装置的顶部操作相连。在这种实施方案中，预处理消化装置中产生的生物质浆料可以通过重力落入预处理消化装置的底部，以随后输送至水热消化装置。然后生物质浆料可以逆重力被输送至水热消化装置的顶部或水热消化装置上的另一个位置。通过将生物质浆料输送至水热消化装置的顶部，在水热消化装置中生物质浆料与消化溶剂的接触时间可以最大化。

在一些实施方案中，生物质转化系统可以进一步包括使预处理消化装置与水热消化装置操作相连的固体输送机构。例如，在一些实施方案中，所述固体输送机构可以将水热消化装置的底部与水热消化装置的顶部或水热消化装置上的另一个位置操作相连。可以操作固体输送机构，以将预处理消化装置中产生的生物质浆料输送至水热消化装置中。在一些实施方案中，固体输送机构能够在保持加压状态下将生物质浆料从预处理消化装置输送至水热消化装置。在其它实施方案中，固体输送机构可以在常压下将生物质浆料从预处理消化装置输送至水热消化装置。

在其中将生物质浆料在比水热消化装置中存在的压力更低的压力下输送至水热消化装置的实施方案中，固体输送机构可以与固体引入机构操作相连，而所述固体引入机构与水热消化装置操作相连。也就是说，预处理消化装置可以通过固体引入机构与水热消化装置操作相连，而固体输送机构可以与固体引入机构操作相连。可以应用在下文更为详细讨论的固体引入机构调节引入到水热消化装置中的生物质浆料的压力。也可以应用固体引入机构来调节被引入预处理消化装置或水热消化装置中的纤维素类生物质固体的压力。

在一些实施方案中，可以将纤维素类生物质浆料连续引入水热消化装置中。在其它实施方案中，可以将纤维素类生物质浆料半连续地引入水热消化装置中。例如，在一些实施方案中，纤维素类生物质浆料可以在固体引入机构中汇集，用于随后按需引入水热消化装置中。在其它实施方案中，可能仅定期从预处理消化装置中脱除纤维素类生物质浆料和批量输送至水热消化装置。在每种情况中，水热消化装置均可以在加压状态下(例如在压力为至少30bar下)连续操作以产生包含可溶性碳水化合物的水解产物，所述可溶性碳水化合物可以在催化还原反应中原位转化为更稳定的反应产物。保持加压状态可以促进纤维素类生物质固体以较快的速率消化。在一些实施方案中，可以在保持加压状态下向水热消化装置连续加入纤维素类生物质浆料。在一些实施方案中，可以在保持加压状态下向水热消化装置半连续地加入纤维素类生物质浆料。

在一些实施方案中，预处理消化装置也可以连续操作。在其它实施方案中，预处理消化装置可能仅定期操作从而按需为水热消化装置产生生物质浆料。预处理消化装置连续操作或定期操作取决于水热消化装置中生物质浆料消化的速率，和选择如何操作预处理消化装置将是本领域普通技术人员能力范围内的操作决定。在一些实施方案中，可以在保持加压状态下向预处理消化装置连续加入纤维素类生物质固体。在其它实施方案中，可以在保持加压状态下向预处理消化装置半连续地加入纤维素类生物质固体。

概括而言，能够将纤维素类生物质浆料从预处理消化装置输送至水热消化装置的任何类型的设备均可以在这里描述的生物质转化系统中用作固体输送机构。示例性的固体输送机构可以包括例如输送带、螺杆给料器、气力输送管、转盘式转筒、旋转阀等。在一些实施方案中，固体输送机构可以为允许生物质浆料在压力下从预处理消化装置输送至水热消化装置的管子或类似管道。在一些实施方案中，固体输送机构可能能够从预处理消化装置向水热消化装置输送生物质浆料，同时保持生物质浆料为加压状态。例如，在一些实施方案中，预处理消化装置和水热消化装置可以在高压(例如30bar或更高)下操作，从而达到可以以可接受的快速速率产生可溶性碳水化合物的消化温度。固体输送机构的压力可以匹配或超过水热消化装置中的压力。

在一些实施方案中，预处理消化装置和水热消化装置可以在基本相同的压力下操作。在其它实施方案中，预处理消化装置可以在比水热消化装置更低的压力下操作。在这种实施方案中，在引入水热消化装置之前，可能需要为生物质浆料加压。能够向加压的消化装置引入固体的合适固体引入机构在下文中描述。在一些实施方案中，预处理消化装置可以在比水热消化装置更高的压力下操作。在这种实施方案中，可以应用预处理消化装置的更高压力使生物质浆料从预处理消化装置输送至水热消化装置。

在各种实施方案中，可以构造流体循环回路以在催化还原反应器装置中建立向上的流体流动。也就是说，在这里描述的生物质转化系统中，在这种实施方案中可以作为鼓泡塔催化还原反应器操作催化还原反应器装置。在一些实施方案中，可能存在浆液催化剂隔离机构，可操作该机构来保持至少部分浆液催化剂在催化还原反应器装置内。例如，在一些实施方案中，可以应用与催化还原反应器装置相结合的催化剂筛网或过滤器。对于本领域普通技术人员来说，这种催化剂筛网或过滤器是熟悉的。催化剂过滤器或筛网可以包括金属丝网或烧结金属或陶瓷过滤器。固体床层例如通常空隙率为25vol％或更小的尖砂或其它固体的填充床也可以用作催化过滤器，以从液体滤液中分离出浆液催化剂。例如，可以采用外部过滤器如滤饼过滤器，其中过滤介质可以为滤布、烧结金属、金属筛网或织物、多孔陶瓷、压制毛毡或棉絮、无纺布、滤纸、聚合物膜、颗粒固体的颗粒床层等。应用这些过滤介质的过滤器可以包括滤饼过滤器、水平或垂直的板式过滤器、压滤机、离开式过滤器、管式过滤器、转鼓式过滤器、离心卸料式过滤器等。也可以应用离心机、水力旋流器和重力沉降器来从液相中分离浆液催化剂并循环浆液催化剂。例如，可以应用泵、螺杆或传送带等将分离或富集的浆液催化剂输送回催化还原反应器装置。在其它实施方案中，催化还原反应器装置可能缺乏内部的催化剂分离机构，和当操作生物质转化系统时，可以将浆液催化剂简单地循环回水热消化装置中。

在一些实施方案中，水热消化装置和/或预处理消化装置可以为例如碳钢、不锈钢或类似合金的压力容器。基本地，在预处理消化装置中处理纤维素类生物质类似于在水热消化装置内发生的消化，其主要区别在于预处理可能在较低温度下实施，和可能应用不同的溶剂和/或其它化学处理来辅助提取催化剂毒物、木质素和最终产生灰分的其它非纤维素类组分。如这里所应用的，术语“灰分”指包含在纤维素类生物质固体中的不可消化的组分。如上所述，在一些实施方案中，在生物质转化系统中可能只存在水热消化装置。在一些实施方案中，可以存在单个水热消化装置。在其它实施方案中，可以应用两个或更多个并联操作的水热消化装置。合适的水热消化装置可以包括例如"PANDIATM Digester"(Voest-Alpine Industrienlagenbau GmbH，Linz，Austria)、"DEFIBRATOR Digester"(Sunds Defibrator ABCorporation，Stockholm，Sweden)、M&D(Messing&Durkee)digester(Bauer Brothers Company，Springfield，Ohio，USA)和KAMYRDigester(Andritz Inc.，Glens Falls，New York，USA)。在一些实施方案中，可以存在预处理消化装置和水热消化装置。在一些实施方案中，预处理消化装置和水热消化装置可以相互操作相连。在一些实施方案中，所述操作相连可以是直接的。在其它实施方案中，所述操作相连可以是间接的，例如通过固体输送机构和/或固体引入机构相连。在一些实施方案中，在生物质转化系统中可以存在单个预处理消化装置。在其它实施方案中，可以存在串联、并联或它们的任意组合操作的两个或更多个预处理消化装置。具体的预处理消化装置可以包括但不限于上文提到的水热消化装置。对于每个消化装置来说，合适的构造可以包括例如滴流床、堆置类、流化床和搅拌接触。另外，在每个消化装置中可以存在并流或逆流流动。

在一些实施方案中，生物质转化系统可以进一步包括与水热消化装置、预处理消化装置或这两者操作相连的固体引入机构。所述固体引入机构可能有利于向消化装置引入纤维素类生物质固体或生物质浆料，和允许消化装置维持在加压状态下，同时加入更多的纤维素类生物质固体或生物质浆料。在各种实施方案中，固体引入机构可以包括在低压态和高压态间循环的压力过渡区。在一些进一步的实施方案中，固体引入机构可以进一步包括常压区。在一些实施方案中，固体引入机构可以包括常压区和在常压态和高压态间循环的压力过渡区。选择是否包括常压区将取决于应用固体引入机构的位置，正如下文更为详细描述的那样。在一些实施方案中，可以应用固体引入机构使纤维素类生物质固体和/或生物质浆料从低压态达到适合于引入加压水热消化装置的高压态。在一些实施方案中，可以应用固体引入机构使纤维素类生物质固体从常压达到适合于引入加压预处理消化装置的高压态。在一些或其它实施方案中，可以应用固体引入机构维持生物质浆料处于加压态和/或汇集生物质浆料以用于引入水热消化装置中。

当存在时，合适的常压区可以包括例如输送带、振动管输送机、螺杆给料器或输送机、收集器、缓冲容器、箱式分配器等。对于将纤维素类生物质固体或生物质浆料连续或半连续加入加压消化区来说，可操作的合适压力过渡区可以包括例如加压的螺杆给料器、压力循环室等，正如2011年12月20日提交的共同拥有的美国专利申请公开US 2013/0152457和US 2013/0152458中所述。在一些实施方案中，即使将纤维素类生物质固体或生物质浆料的压力从常压提升至高压时，可以任选省略常压区。也就是说，在这种实施方案中，可以将纤维素类生物质固体或生物质浆料直接添加入压力过渡区和压力循环用于引入加压的消化装置。

在一些实施方案中，固体引入机构可以允许固体(如纤维素类生物质固体或生物质浆料)在消化装置没有完全泄压的情况下被引入预处理消化装置和/或水热消化装置中。在引入消化装置前使纤维素类生物质固体和/或生物质浆料加压可以允许消化装置保持加压状态和连续操作。如上所述，这可能有助于保持生物质消化过程的热整合和能量效率。消化前使纤维素类生物质固体和/或生物质浆料加压的更多好处也在下文中进行讨论。

在一些实施方案中，通过将消化装置中的至少部分液相引入压力过渡区可以至少部分使固体引入机构的压力过渡区加压。在一些或其它实施方案中，通过向压力过渡区引入气体可以至少部分使压力过渡区加压。在一些实施方案中，所述液相可以包括作为催化还原反应的反应产物产生的有机溶剂。在其它实施方案中，可以应用外部溶剂使压力过渡区加压。

应用来自消化装置的液相使纤维素类生物质固体或生物质浆料加压可以实现至少两个好处。首先，在液相存在下使生物质固体或生物质浆料加压可能会使消化溶剂渗入生物质或生物质浆料，一旦引入消化装置，这可能使生物质或生物质浆料浸泡在消化溶剂中。另外，通过在压力过渡区中向生物质固体或生物质浆料中加入热的液相，一旦引入消化装置中，可能需要较少的能量输入使生物质或生物质浆料升温。这些特征均可以提高消化过程的效率。

因为通过按照这里描述的实施方案进行预处理消化，脱除了在纤维素类生物质固体中存在的至少部分催化剂毒物，与催化剂毒物没有被脱除的相关过程相比，在选择催化剂时可能更自由。在一些实施方案中，浆液催化剂可能包含对催化剂毒物敏感的催化剂。在其它实施方案中，可能仍希望应用耐毒催化剂或可再生的催化剂来应对在预处理消化过程中没有脱除的催化剂毒物。正如这里应用的，"耐毒催化剂"被定义为能够活化分子氢而在连续操作至少12小时内不需要由于低催化活性进行再生或更换的催化剂。应用耐毒催化剂可以避免与催化剂再生和更换相关的过程停车时间的缺点。除了损失生产时间外，当重新开始水热消化过程时，可能需要相当多的能量消耗。

在一些实施方案中，合适的耐毒催化剂可以包括例如硫化催化剂。适合于活化分子氢的硫化催化剂在共同拥有的美国专利申请公开US2012/0317872、US 2012/0317873和US 2013/0109896中有述。硫化可以通过用硫化氢处理催化剂实施，任选同时催化剂沉积在固体载体上。在更特别的实施方案中，耐毒催化剂可以包括硫化的钴-钼酸盐催化剂。我们发现取决于反应条件，硫化的钴-钼酸盐催化剂可以产生C₂-C₆一元醇、二元醇(包括乙二醇)、三元醇和它们的组合物，而不会形成过量的C₂-C₄烷烃。如这里所应用的，术语"一元醇"指含单个醇官能团的有机分子。通过闪蒸或液-液相分离可以很容易地将所形成的一元醇与水分开，和在单独的步骤中在酸或碱催化剂作用下经历缩聚反应，从而产生在汽油、航空燃料或柴油范围内的液体生物燃料。含Pt或Pd的浆液催化剂是用于本发明实施方案的特别有用的耐毒催化剂。

在一些实施方案，适用于这里描述的方法的浆液催化剂可以通过将浆液催化剂分散于流体相中和向其中加入硫化剂而将其硫化。合适的硫化剂可以包括例如有机亚砜(如二甲亚砜)、硫化氢、硫化氢的盐(如NaSH)等。在一些实施方案中，硫化后可以使浆液催化剂在液相中浓缩，和然后加入到水热消化装置中。

在一些实施方案中，浆液催化剂可以是可再生的。例如，在一些实施方案中，通过暴露于温度高于其正常沸点的水可以使浆液催化剂再生。正如这里应用的，"可再生的催化剂"可以通过再生恢复其至少一部分催化活性，即使当被氮化合物杂质、硫化合物杂质或其任意组合中毒也是如此。理想地，这些可再生催化剂应该用最少量的过程停车时间来再生。在一些实施方案中，可以通过将浆液催化剂暴露于温度为至少200℃的水使其再生。在一些实施方案中，可以通过将浆液催化剂暴露于温度为至少250℃的水使其再生。在一些实施方案中，可以通过将浆液催化剂暴露于温度为至少300℃的水使其再生。在一些实施方案中，可以通过将浆液催化剂暴露于温度为至少350℃的水使其再生。在一些实施方案中，可以通过将浆液催化剂暴露于温度为至少400℃的水使其再生。用于再生浆液催化剂的水可以处于亚临界状态或超临界状态。可以通过暴露于温度高于其正常沸点的水再生的特别合适的浆液催化剂为在固体载体上负载的钌，例如二氧化钛上的钌或碳上的钌。其它合适的浆液催化剂可以包括在固体载体上负载的铂或钯化合物。有效促成催化还原反应的大多数催化剂都可以通过用氢进行热处理而至少部分再生。浆液催化剂的再生可以按需要发生在水热消化装置中、催化还原反应器装置中或者其它地方。

在一些实施方案中，可以操作浆液催化剂以产生分子氢。例如，在一些实施方案中，可以应用适合于水相重整的催化剂(即APR催化剂)。合适的APR催化剂可以包括例如包含利用铼、钼、锡或其它金属合金化或改性的铂、钯、钌、镍、钴或其它第VIII族金属的催化剂。因此，在这里描述的一些实施方案中，可能不需要外部的氢进料。但在其它实施方案中，可以任选与内部产生的氢组合应用外部氢进料。

在各种实施方案中，浆液催化剂的颗粒粒度可为250微米或更小。在一些实施方案中，浆液催化剂的颗粒粒度可为100微米或更小。在一些实施方案中，浆液催化剂的颗粒粒度可为10微米或更小。在一些实施方案中，浆液催化剂的最小颗粒粒度可为1微米。在一些实施方案中，浆液催化剂可以包括这里描述的方法中的催化剂细颗粒。如这里所应用的，术语"催化剂细颗粒"指名义颗粒粒度为100微米或更小的固体催化剂。催化剂细颗粒可以由催化剂的生产方法例如在固体催化剂的挤出过程中产生。催化剂细颗粒也可以通过研磨更大的催化剂固体或在催化剂固体再生的过程中产生。产生催化剂细颗粒的合适方法在美国专利US 6,030,915和US 6,127,299中有述。在一些情况中，可以由固体催化剂生产运行过程中脱除催化剂细颗粒，因为在一些催化过程中可能很难将它们分离开来。从较大催化剂固体中脱除催化剂细颗粒的技术可以包括例如筛分或类似的粒度分离过程。因为在这里描述的实施方案中没有要求保持留催化剂在固定的位置，催化剂细颗粒可能特别容易被接受。有利地，由于其较小的粒度，催化剂细颗粒可以很容易地流化和分布在全部纤维素类生物质固体中。

在一些实施方案中，在水热消化装置和催化还原反应器装置中实施的催化还原反应可以为氢解反应。在下文中有氢解反应的详细描述。

在一些实施方案中，可以构造流体循环回路，从而在水热消化装置中建立起向上的流体流动。如这里所应用的，术语"向上的流体流动"在这里也被称为"逆流流动"，指相对于生物质或生物质浆料引入消化装置的方向，反应产物进入水热消化装置的方向。通过使含浆液催化剂的流体向上流动进入纤维素类生物质进料，浆液催化剂可以很好地全面分布。具体地，向上的流体流动可以对抗纤维素类生物质进料的重力压实，从而使浆液催化剂的分布更容易。如果需要，也可以应用其它流型如并流。

在一些实施方案中，这里描述的生物质转化系统的水热消化装置可以包含用于在其内保留纤维素类生物质的保持机构。在一些实施方案中，可以操作水热消化装置内的保持机构从而保留颗粒粒度为3mm或更大的纤维素类生物质固体。也就是说，当存在保持机构时，纤维素类生物质细颗粒和浆液催化剂可以在整个生物质转化系统中自由循环，但较大的纤维素类生物质颗粒将会保留在水热消化装置内。合适的保持机构可以包括例如筛网等。

在一些实施方案中，可能存在有与流体循环回路流体连通的反应产物抽出管线，其中所述反应产物抽出管线位于水热消化装置和催化还原反应器装置的出口之间。在一些实施方案中，可能存在有与反应产物抽出管线操作相连的固体分离机构。在反应产物在下游被进一步转化为生物燃料或其它物质之前，可以应用该位置的固体分离机构来从反应产物中脱除固体。在一些实施方案中，反应产物抽出管线与水热消化装置操作相连。与水热消化装置操作相连的反应产物抽出管线可以替代或附加于水热消化装置和催化还原反应器装置出口之间的反应产物抽出管线存在。

适合包括在生物质转化系统的反应产物抽出管线内或其它地方的固体分离机构可以包括本领域已知的任何分离技术，包括例如过滤器、离心力或离心力基分离机构(如水力旋流器)、沉降罐、离心机等。合适的过滤器可以包括例如表面型过滤器和厚度过滤器。表面型过滤器可以包括例如滤纸、膜、多孔固体介质等。厚度过滤器可以包括例如设计用于在其芯结构中捕获固体的多孔介质的柱子或段塞。在一些实施方案中，可以应用两个或更多个过滤器，其中可以反洗至少一个过滤器，而向前的流体流动持续流过至少一些剩余的过滤器。在一些实施方案中，可以应用一个或多个水力旋流器。

虽然如果需要也可以在流体循环回路中实施固体分离，但在该位置处通常不需要固体分离，因为水热消化装置和催化还原反应器装置可能都含有颗粒物质(如浆液催化剂)。

在一些实施方案中，可以应用来自流体循环回路的反应产物作为预处理消化装置中的补充消化溶剂。也就是说，在一些实施方案中，存在有连接流体循环回路和预处理消化装置的输送管线。在一些实施方案中，输送至预处理消化装置的反应产物可能已经从其中脱除了固体。用于从反应产物中脱除固体的固体分离机构可以包括上面提到的那些。在其它实施方案中，从流体循环回路输送至预处理消化装置的反应产物可能还没有实施固体分离。也就是说，在一些实施方案中，从流体循环回路输送至预处理消化装置的反应产物可能含有颗粒物质，所述颗粒物质可以包括浆液催化剂、生物质细颗粒等。即使可能将浆液催化剂输送至预处理消化装置，在一些实施方案中，可能不能促成催化还原反应，因为在预处理消化装置中通常不存在氢。可以将预处理消化装置中的浆液催化剂与预处理消化装置中产生的生物质浆料一起输送至水热消化装置中。

在一些实施方案中，可以应用来自反应产物抽出管线的反应产物作为预处理消化装置中的补充消化溶剂。也就是说，在一些实施方案中，可能存在有连接反应产物抽出管线和预处理消化装置的管线。在一些实施方案中，从反应产物抽出管线输送的反应产物可能已经从中脱除固体。应用来自流体循环回路或反应产物抽出管线的反应产物的优点可以包括上面提到的那些，包括改进生物质消化过程的热整合。

下面参考附图进一步描述前文描述的生物质转化系统。图1示意性给出了描述性的生物质转化系统，所述转化系统具有在流体循环回路中相互偶合的水热消化装置和催化还原反应器装置，和不是流体循环回路一部分的预处理消化装置，其中水热消化装置和催化还原反应器装置均包含浆液催化剂。生物质转化系统40包括水热消化装置2，它与催化还原反应器装置4通过流体循环回路10流体连通。如图所示，构造流体循环回路10以在水热消化装置2中建立向上的流体流动。与水热消化装置2的其它类型的流体连接也是有可能的。生物质引入水热消化装置2的方向和其中主体生物质的流动用虚线箭头表示。任选的氢进料管线8与水热消化装置2操作相连。任选的氢进料管线也可以与催化还原反应器装置4操作相连，但为了清楚起见在图中没有示出。在水热消化装置2和催化还原反应器装置4中可以分别存在催化剂颗粒9和9'。如图1所示，构造流体循环回路10从而流体以向上的方式流过催化还原反应器装置4。

通过包含常压区15和压力过渡区16的固体引入机构14可以将纤维素类生物质固体引入预处理消化装置42中。常压区15可以包括如漏斗、容器等能够保持纤维素类生物质固体以将其引入预处理消化装置42的结构。压力过渡区16可以包括能够增大引入预处理消化装置42的固体压力的任何结构。压力过渡区16也能够在常压和高压态间循环。任选地，可以略去固体引入机构14，和可以向压力过渡区16直接加入纤维素类生物质固体，以引入预处理消化装置42。

生物质转化系统40也包含反应产物抽出管线18，它在催化还原反应器装置4的出口之后与流体循环回路10流体连通。在生物质转化系统40操作期间，反应产物可以流出催化还原反应器装置4和流过管线20。在该点处，反应产物然后可以通过反应产物抽出管线18从流体循环回路10脱除或通过管线22循环至水热消化装置2或通过管线46循环至预处理消化装置42。由反应产物抽出管线18脱除的反应产物然后可以随后进一步转化为生物燃料。反应产物抽出管线18中的反应产物可以通过任选的固体分离机构24从中脱除固体。正如上文更详细地讨论的，合适的固体分离机构可以包括例如一个或多个过滤器、一个或多个水力旋流器、离心机、膜、沉降罐等。通过管线22返回水热消化装置2或通过管线46返回预处理消化装置42的反应产物可以用作消化溶剂或进一步转化为反应产物。在一个图中未示出的替代构造中，管线46可以替代地连接至流体循环回路10(如连接至管线22)。

在生物质转化系统40中可以存在各种附加的任选元件。可以生物质转化系统40中包括的一种任选元件为与管线20流体连通的相分离机构26。正如下文更为详细地描述的，可以应用相分离机构26至少部分分离反应产物的有机相与水相。对于相分离机构26来说，其它位置也是可能的。

可以应用任选的管线30从预处理消化装置42输送液相。如图1所示，可以应用管线30从预处理消化装置42输送液相，以至少部分使固体引入机构14的压力过渡区16加压。对于管线30来说，其它构造也是可能的。在加压和向预处理消化装置42引入加压的生物质之前，可以由常压区15向压力过渡区16提供纤维素类生物质固体。通过应用压力过渡区16，预处理消化装置42在添加纤维素类生物质固体的过程中不必完全泄压，从而允许消化过程基本不中断地进行。

正如这里所述，纤维素类生物质固体可以在预处理消化装置42中消化，以从生物质中脱除至少部分催化剂毒物、半纤维素和木质素，从而产生生物质浆料。可以应用固体输送机构44将生物质浆料输送至水热消化装置2。合适的固体输送机构44可以包括例如输送机、螺杆给料机等。在一些实施方案中，固体输送机构44可以包括管道，通过所述管道可以在压力的影响下输送生物质浆料。

如图1所示，固体输送机构44将预处理消化装置42的底部与水热消化装置2的顶部操作相连。其它构造也是可能的。固体输送机构的一种可能的替代构造在图2中给出，这在下文将更为详细地描述。

图2示意性给出了生物质转化系统的另一种构造，所述转化系统具有在流体循环回路中相互偶合的水热消化装置和催化还原反应器装置，和不是流体循环回路一部分的预处理消化装置，其中水热消化装置和催化还原反应器装置均包含浆液催化剂。图2中的生物质转化系统50与图1中的生物质转化系统40的不同之处在于固体输送机构44通过固体引入机构52将预处理消化装置42与水热消化装置2操作相连。如上所述，固体引入机构52可以为能够在低压态和高压态间循环且能够在消化装置在加压态下操作时为水热消化装置2引入生物质浆料的任何结构。固体引入机构52可以以与固体引入机构14相似的方式操作。图2中的剩余标记特征已经在图1中给出和更详细地进行了描述，这里不再详细描述。

预处理消化装置42与水热消化装置2操作相连的另一种替代的构造在图3中给出。图3示意性给出了生物质转化系统的另一种构造，所述转化系统具有在流体循环回路中相互偶合的水热消化装置和催化还原反应器装置，和不是流体循环回路一部分的预处理消化装置，其中水热消化装置和催化还原反应器装置均包含浆液催化剂。如图3所示，预处理消化装置42和水热消化装置2相互之间直接操作相连，和略去了固体输送机构44。虽然图3描述的生物质转化系统60在本发明的实质和范围之内，但本领域的普通技术人员将会认识到图3描述的构造将会限制可发生水热消化的整个消化装置的高度。具体地，本领域的普通技术人员将会认识到在化学装置中，消化装置的高度被限制在200英尺。通过使预处理消化装置42与水热消化装置2直接偶合，可能减小实施水热消化的可得高度。图3中的剩余标记特征与上文图1和图2中给出和描述的基本相同，这里不再详细描述。

在一些实施方案中，在这里描述了用于处理纤维素类生物质固体的方法。在一些实施方案中，所述方法包括：在预处理消化装置中提供纤维素类生物质固体；在预处理消化装置中将纤维素类生物质固体在第一温度下加热第一时间段，所述第一温度和第一时间段足以从纤维素类生物质固体中脱除至少部分半纤维素和木质素，从而产生生物质浆料；将至少部分生物质浆料输送至包含能够活化分子氢的浆液催化剂的水热消化装置中；在水热消化装置中在分子氢存在下将生物质浆料在第二温度下加热第二时间段，同时使浆液催化剂在其中循环，所述第二温度和第二时间段足以消化至少部分纤维素，从而形成在液相内包含可溶性碳水化合物的水解产物；在可溶性碳水化合物在水热消化装置内时，至少部分将可溶性碳水化合物转化为反应产物；和将至少部分液相输送至也包含所述浆液催化剂的催化还原反应器装置，从而将可溶性碳水化合物进一步转化为反应产物。

在一些实施方案中，用于处理纤维素类生物质固体的方法可以包括提供生物质转化系统，所述转化系统包括：包含能够活化分子氢的浆液催化剂的水热消化装置，与水热消化装置操作相连的任选的氢进料管线，包括水热消化装置和也包含所述浆液催化剂的催化还原反应器装置的流体循环回路，不是流体循环回路一部分且不包含所述浆液催化剂的预处理消化装置，和将预处理消化装置与水热消化装置操作相连的固体输送机构；在预处理消化装置中将纤维素类生物质固体在第一温度下加热第一时间段，所述第一温度和第一时间段足以从纤维素类生物质固体中脱除至少部分半纤维素和木质素，从而产生生物质浆料；将至少部分生物质浆料输送至水热消化装置中；在水热消化装置中在分子氢存在下将生物质浆料在第二温度下加热第二时间段，同时使浆液催化剂在其中循环，所述第二温度和第二时间段足以消化至少部分纤维素，从而形成在液相内包含可溶性碳水化合物的水解产物；在可溶性碳水化合物在水热消化装置内时，至少部分将可溶性碳水化合物转化为反应产物；和将至少部分液相输送至催化还原反应器装置，从而将可溶性碳水化合物进一步转化为反应产物。

在一些实施方案中，在消化前，纤维素类生物质可以洗涤和/或减小尺寸(例如通过剁碎、粉碎、剥皮等)，以达到消化所需的尺寸和质量。所述操作可以脱除干扰可溶性碳水化合物进一步化学转化的物质和/或改进消化溶剂向生物质中的渗透。在一些实施方案中，可以在加压前在预处理消化装置中进行洗涤。在其它实施方案中，可以在将生物质放入预处理消化装置之前进行洗涤。

预处理消化装置和水热消化装置中的消化通常可以在液相中实施。在一些实施方案中，液相可以包括包括水的消化溶剂。在一些实施方案中，液相可以进一步包括有机溶剂。在一些实施方案中，有机溶剂可以包括由可溶性碳水化合物催化还原反应产生的含氧中间体。例如，在一些实施方案中，消化溶剂可以包括由可溶性碳水化合物氢解反应或其它催化还原反应产生的含氧中间体。在一些实施方案中，含氧中间体可以包括由原位催化还原反应产生和/或来自催化还原反应器装置的那些物质。在一些实施方案中，可以将生物乙醇加入到水中用作起始消化溶剂，随后产生包含含氧中间体的溶剂。如果需要，与水可混溶的任何其它有机溶剂也可以用作起始消化溶剂。通常，在消化过程中可以存在足够量的液相，从而使生物质表面保持润湿。可以进一步选择液相的量以保持可溶性碳水化合物的浓度足够高，从而在催化还原过程中达到所需的高反应速率，但也不能太高致使降解成为问题。在一些实施方案中，可溶性碳水化合物的浓度可以保持低于液相的5wt％以使降解尽可能少。但应认识到在一些实施方案中可以应用更高的浓度。在一些实施方案中，有机酸例如乙酸、草酸、水杨酸或乙酰水杨酸可以作为消化过程的酸促进剂包括在液相中。

在一些实施方案中，消化溶剂可以包括含有由可溶性碳水化合物的催化还原反应产生的含氧中间体的有机溶剂。催化还原反应可以在水热消化装置和/或催化还原反应器装置中发生。在一些实施方案中，有机溶剂可以包括至少一种醇、酮或多元醇。在替代的实施方案中，消化溶剂可以至少部分由外部来源提供。例如，在一些实施方案中，可以应用生物乙醇来补充有机溶剂。也可以应用其它与水混溶的有机溶剂。在一些实施方案中，可以将消化溶剂分离、贮存或选择性地注入水热消化装置或预处理消化装置中，从而保持所需的可溶性碳水化合物的浓度或在水热消化装置或预处理消化装置中提供温度调节。

在各种实施方案中，消化可以在高温和高压下实施一段时间。在一些实施方案中，消化可以在100-240℃的温度下实施一段时间。在一些实施方案中，所述的时间段可以为0.25-24小时。在一些实施方案中，产生可溶性碳水化合物的消化可以在1-100bar(绝压)的压力下实施。总之，温度越高，发生预处理消化和水热消化步骤需要的时间越短。作为一个例子，预处理消化可以在160-190℃下实施0.5-2小时，接着在180-270℃(最典型为190-250℃)的温度下进行水热消化步骤1-10小时。在一些实施方案中，预处理消化可以在100-160℃的温度下发生。

在各种实施方案中，合适的生物质消化技术可以包括例如酸消化、碱消化、酶消化和应用热压水的消化。

纤维素类生物质可以在预处理消化装置中在第一温度下保留第一时间段，和在水热消化装置中在第二温度下保留第二时间段。为了最小化可溶性碳水化合物的降解和促进催化剂毒物、木质素和半纤维素的脱除，所述第一温度和/或第一时间段可以低于所述第二温度和/或第二时间段。例如，在一些实施方案中，所述第一温度可以为100-160℃或140-160℃，而所述第二温度可以为160-260℃或190-250℃。在这些条件下，有可能从纤维素类生物质固体中脱除至少一些半纤维素、木质素和催化剂毒物，从而产生生物质浆料。然后在更高的消化温度下可能产生可溶性碳水化合物。在一些实施方案中，所述第一时间段可能比所述第二时间段短。在这种实施方案中，可以应用预处理消化装置中的第一时间段来实施半纤维素、木质素和催化剂毒物的部分、快速脱除，随后在水热消化装置中实施剩余纤维素的更完全消化。在水热消化装置中的接触时间越长，即第二时间段越长，可能有利于生物质浆料的纤维素的更完全消化。

在一些实施方案中，所述方法可以进一步包括从生物质转化系统中(即从催化还原反应器装置的出口或从流体循环回路中)抽出至少部分反应产物。在一些实施方案中，所述方法可以进一步包括转化反应产物为生物燃料，如下文更为详细描述的。在一些实施方案中，所述方法可能还包括在如上所述从生物质转化系统抽出之后，从反应产物中分离出固体(如浆液催化剂、生物质细颗粒等)。

在一些实施方案中，所述方法可以进一步包括将至少部分液相从催化还原反应器装置循环至水热消化装置。如前所述，这里描述的生物质转化系统对于能够通过在水热消化装置中实施原位催化还原反应迅速地将可溶性碳水化合物至少部分转化为包含含氧中间体的反应产物特别有利。如上文所述，包含反应产物的液相可以从催化还原反应器装置循环至水热消化装置，其中所述液相可能有助于调节其内部的温度、用作消化溶剂等。从催化还原反应器装置至水热消化装置的循环可以以各种循环比实施。如这里所应用的，术语"循环比"指相对于从生物质转化系统抽出(例如通过反应产物抽出管线)的液相量循环至水热消化装置(例如在流体循环回路内)的液相量。

在水热消化装置中实施原位催化还原反应的特别好处在于当将液相循环至水热消化时，可以应用较低的循环比，同时可以维持过程效率和收率。具体地，假定在水热消化装置中已经发生放热的催化还原反应，可能不太需要循环的反应产物为在水消化装置中发生的消化过程提供热量。因此，可以从生物质转化系统中抽出相对较高比例的流出催化还原反应器装置的液相，随后转化为生物燃料。较低的循环比也可以允许应用较小的反应器体积，因为水热消化装置和催化还原反应器中的总液体流速会降低。高循环比和高液体流速会产生过多的压降、高的泵的能量和尺寸需求以及其它负面特征。在通过催化还原反应稳定前不能最小化停留时间可能还会造成收率较低。基于本发明的好处，本领域的普通技术人员能够确定达到所需热整合量时液相循环的合适循环比，同时平衡下游生物燃料生产的希望速率。在一些实施方案中，可以在0.2-10的循环比下将液相从催化还原反应器装置循环至水热消化装置。在一些实施方案中，可以在1-10、或1-5、或0.2-2、或0.5-2、或1-2、或0.2-1、或0.5-1的循环比下将液相从催化还原反应器装置循环至水热消化装置。在一些实施方案中，可以在2或更小的循环比下将液相从催化还原反应器装置循环至水热消化装置。在一些实施方案中，可以在1或更小的循环比下将液相从催化还原反应器装置循环至水热消化装置。在一些实施方案中，可以将液相从催化还原反应器装置循环至水热消化装置，从而在水热消化装置中建立起向上的流体流动。在其它实施方案中，可以在水热消化装置中建立起其它流动模式，包括例如并流。

在一些实施方案中，在水热消化装置中加热纤维素类生物质固体或生物质浆料可以在至少30bar的压力下实施。维持消化在至少30bar的压力下可以确保以令人满意的速率发生消化。在一些实施方案中，在水热消化装置中加热纤维素类生物质固体或生物质浆料可以在至少60bar的压力下实施。在一些实施方案中，在水热消化装置中加热纤维素类生物质固体或生物质浆料可以在至少90bar的压力下实施。在一些实施方案中，在水热消化装置中加热纤维素类生物质固体或生物质浆料可以在30-430bar的压力下实施。在一些实施方案中，在水热消化装置中加热纤维素类生物质固体或生物质浆料可以在50-330bar的压力下实施。在一些实施方案中，在水热消化装置中加热纤维素类生物质固体或生物质浆料可以在70-130bar的压力下实施。在一些实施方案中，在水热消化装置中加热纤维素类生物质固体或生物质浆料可以在30-130bar的压力下实施。应注意到前述压力指发生消化时的压力。也就是说，前述压力指水热消化装置的正常操作压力。

预处理消化装置可以在与水热消化装置相同的压力下操作，或者可以在不同的压力下操作。在一些实施方案中，预处理消化装置的压力可以低于水热消化装置的压力。在其它实施方案中，预处理消化装置的压力可以高于水热消化装置的压力。在预处理消化装置中可以应用较高的压力，例如可以促进生物质浆料在压力辅助下输送至水热消化装置(例如通过管道或类似的固体输送机构)。在预处理消化装置和水热消化装置中采用的压力通常足够高以防止水或溶剂汽化或沸腾，这种汽化和沸脱会造成冷却。在这方面，可以采用过量15bar的压力，更典型地过量30bar。如果存在浆液催化剂来实施加氢，假定总压可以为1700-15,000kPa，则可以增加附加的1700-7000kPa的氢分压。

预处理消化装置通常在第一温度下操作，和水热消化装置在第二温度下操作，其中第二温度高于第一温度。如上所述，可以应用预处理消化装置从纤维素类生物质固体中脱除至少部分催化剂毒物、半纤维素和木质素。在一些实施方案中，第一温度可以为160℃或更低，和第二温度可以为160℃或更高。在一些实施方案中，第一温度可以为160℃或更低，和第二温度可以为190℃或更高。其它合适的温度在上文已经描述过。

可以在预处理消化装置中将纤维素类生物质固体消化第一时间段，和可以在水热消化装置将生物质浆料消化第二时间段。在一些实施方案中，第一时间段可以比第二时间段短。如上所述，在较低温度下可以很容易地实现催化剂毒物、半纤维素和木质素的脱除。为了有利于随后消化纤维素以产生包含可溶性碳水化合物的水解产物，这些物质的脱除不必完全。因此，在预处理消化装置中可以应用相当短的接触时间。在一些实施方案中，第一时间段可以使停留时间或接触时间为4小时或更短。在一些实施方案中，第一时间段可以使停留时间或接触时间为3小时或更短、或2小时或更短、或1小时或更短、或30分钟或更短。

通常，在水热消化装置中应用更长的接触时间以有利于纤维素以更高百分比转化为可溶性碳水化合物。因为本发明的生物质转化系统通过在水热消化装置中提供实施原位催化还原反应而稳定可溶性碳水化合物，更长的接触时间是更可行的，因为此时可溶性碳水化合物的降解已经不是问题。在一些实施方案中，第二停留时间或接触时间可以为1小时或更长。在一些实施方案中，第二停留时间或接触时间可以为2小时或更长、或4小时或更长、或6小时或更长、或8小时或更长、或10小时或更长、或12小时或更长、或24小时或更长。特别地，对于间歇过程，可以应用1-24小时的时间。

概括地说，在水热消化装置中发生消化后，只有较小百分比的原始纤维素类生物质固体可能保持为未消化。在一些实施方案中，在水热消化装置中加热(例如在第二温度下加热第二时间段)后，按干基计，少于40％的纤维素类生物质固体保持为未消化。在一些实施方案中，在水热消化装置中加热后，按干基计，少于30％的纤维素类生物质固体保持为未消化。在一些实施方案中，在水热消化装置中加热后，按干基计，少于20％的纤维素类生物质固体保持为未消化。在一些实施方案中，在水热消化装置中加热后，按干基计，少于10％的纤维素类生物质固体保持为未消化。当在处理纤维素类生物质固体的过程中未应用预处理消化装置时，尽管没有单独脱除催化剂毒物、半纤维素和木质素，仍可以实现类似的消化水平。另外，因为一些消化可以在预处理消化装置中发生，完成前述消化水平所需的时间在某种程度上可能会更长。

当应用预处理消化装置时，所述方法可以进一步包括在将生物质浆料输送至水热消化装置之前从预处理消化装置脱除至少部分催化剂毒物、半纤维素、木质素或它们的任意组合。如以上所讨论，这些物质的脱除可以减少催化剂中毒的可能性和有利于随后处理生物质浆料为水解产物。

在一些实施方案中，在所述方法中可以应用耐毒的浆液催化剂。合适的耐毒物的浆液催化剂在上文已经描述过。在一些实施方案中，在所述方法中可以应用可再生催化剂。在一些实施方案中，所述方法可以进一步包括再生浆液催化剂。在一些实施方案中，所述方法可以进一步包括通过使浆液催化剂暴露于温度为至少200℃、或至少250℃、或至少300℃、或至少350℃、或至少400℃的水而使其再生。但如上文所讨论，在这里描述的实施方案中不要求应用耐毒催化剂。

在一些实施方案中，本发明方法可以进一步包括实施反应产物的相分离。在一些实施方案中，可以应用在催化还原反应器装置的出口后存在的相分离机构实施相分离。在各种实施方案中，实施相分离可以包括分离双层、实施溶剂气提操作、实施萃取、实施过滤、实施精馏等。在一些实施方案中，可以实施共沸精馏。

在一些实施方案中，这里描述的方法可以进一步包括转化反应产物为生物燃料。在一些实施方案中，正如上文所述，转化反应产物为生物燃料可以开始于催化氢解反应，以将水热消化产生的可溶性碳水化合物转化为包含含氧中间体的反应产物。正如上文进一步所述和图1-3中所描述的，包含反应产物的液相可以再循环至水热消化装置，以进一步辅助消化过程。在一些实施方案中，通过任何数量的进一步催化重整反应可以进一步转化所述反应产物，所述催化重整反应包括例如进一步的催化还原反应(例如氢解反应、加氢反应、加氢处理反应等)、缩合反应、异构化反应、脱硫反应、脱水反应、低聚反应、烷基化反应等。初始的氢解反应和进一步的催化重整反应的说明在下文中进行描述。

已知多种过程用于进行碳水化合物的氢解。一种适合的方法包括：在有效形成包含含氧中间体例如较小分子或多元醇的反应产物的条件下，使碳水化合物或稳定的羟基中间体与任选与稀释气体混合的氢和氢解催化剂接触。这里使用的术语“较小分子或多元醇”包括分子量较低的任何分子，它可以包括比起始碳水化合物数量更少的碳原子或氧原子。在一些实施方案中，反应产物可以包括较小分子，例如多元醇和醇。氢解的这方面需要断开碳-碳键。

在一些实施方案中，可以在能够活化分子氢的催化剂存在下利用氢解反应将可溶性碳水化合物转化为相对稳定的含氧中间体，例如丙二醇、乙二醇和甘油。合适的催化剂可以包括例如Cr、Mo、W、Re、Mn、Cu、Cd、Fe、Co、Ni、Pt、Pd、Rh、Ru、Ir、Os和它们的合金或任意组合，单独或者还含有促进剂如Au、Ag、Cr、Zn、Mn、Sn、Bi、B、O和它们的合金或任意组合。在一些实施方案中，催化剂和促进剂可以允许加氢和氢解反应同时或依次发生，如羰基加氢形成醇。所述催化剂还可以包括含碳焦化聚合物催化剂，该催化剂包含过渡金属(例如铬、钼、钨、铼、锰、铜和镉)或第VIII族金属(例如铁、钴、镍、铂、钯、铑、钌、铱和锇)。在某些实施方案中，所述催化剂可以包括与碱土金属氧化物结合或附着到催化活性载体上的任何上述金属。在某些实施方案中，氢解反应中所述的催化剂可以包括催化剂载体。

进行氢解反应的条件会基于生物质起始物料的类型和所需产物(例如汽油或柴油)而不同。受益于本公开内容，本领域技术人员将会意识到用来进行反应的适合条件。通常，氢解反应可以在110-300℃的温度下进行，优选为170-300℃，和最优选为180-290℃。

在一些实施方案中，氢解反应可以在碱性条件下进行，优选pH值为8-13，和甚至更优选pH值为10-12。在一些实施方案中，氢解反应可以在1-150bar(绝压)的压力下进行，和优选为15-140bar，和甚至更优选压力为50-110bar。

氢解反应中使用的氢可以包括外部氢、循环氢、原位生成的氢或它们的任意组合。

在一些实施方案中，氢解反应的产物可以包含大于25mol％、或替代地大于30mol％的多元醇，这会使后续处理反应中转化为生物燃料的转化率更高。

在一些实施方案中，根据加速除氢解之外的水解反应的需要，氢解可以在中性或酸性条件下进行。例如，低聚碳水化合物的水解可以与加氢结合以生成糖醇，后者可以进行氢解。

氢解的第二方面需要断开-OH键，如：RC(H)₂-OH+H₂→RCH₃+H₂O。该反应也称为“加氢脱氧”，可以与断开C-C键的氢解同时进行。通过该反应，二醇可以转化为单含氧物。作为加氢脱氧的结果，由于通过提高温度或与催化剂的接触时间而使反应深度增大，多元醇和二醇的浓度相对于单含氧物可能会减小。C-C相对C-OH键氢解的选择性会随催化剂类型和配方而不同。在后续处理步骤中，还可能发生完全脱氧生成烷烃，但如果目的是生成单含氧物或二醇和多元醇(它们可以缩合或低聚为较高分子量的化合物)，这通常是不希望的。通常，希望只将单含氧物或二醇送至后续处理步骤，这是因为高级多元醇可能会导致在缩合或低聚过程中形成过量焦炭。与之相对比，烷烃基本上不具反应性和无法很容易地结合生成更高分子量的化合物。

一旦通过氢解反应形成含氧中间体，可以将一部分反应产物再循环至水热消化装置以用作内部产生的消化溶剂。可以抽出另一部分的反应产物和随后通过进一步的重整反应处理以形成生物燃料。在经受进一步的重整反应前，可以任选地将含氧中间体分离为不同的组分。合适的分离可以包括例如相分离、溶剂气提塔、萃取器、过滤器、精馏等。在一些实施方案中，在反应产物随后被进一步处理或再循环至水热消化装置之前，可以将含氧中间体与木质素分离。

可以在一个或多个处理反应中处理含氧中间体以生成燃料共混物。在一些实施方案中，缩合反应可以与其它反应一起使用来生成燃料共混物，和可由包含酸性、碱或二者的催化剂进行催化。通常，不被任何特定理论所束缚，据信碱性缩合反应可以包括一系列步骤，包括：(1)任选的脱氢反应；(2)任选的可以酸催化的脱水反应；(3)醇醛缩合反应；(4)任选的酮化反应；(5)任选的呋喃开环反应；(6)得到的缩合产物进行加氢以形成>C₄烃；和(7)它们的任意组合。类似地，酸催化缩合可能需要任选的加氢或脱氢反应、脱水和低聚反应。还可以使用附加的精制反应以使产物符合特定的燃料标准，包括在氢和加氢催化剂存在下进行的反应以从最终的燃料产物中脱除官能团。在一些实施方案中，也可以使用碱催化剂、包含酸性和碱性功能位以及任选包含金属官能的催化剂来实施缩合反应。

在一些实施方案中，可以使用醇醛缩合反应以生成满足柴油燃料或喷气燃料要求的燃料共混物。传统的柴油燃料是富含链烷烃的石油馏出物。它们的沸程宽达187-417℃，这适于在压缩点火发动机如柴油发动机机动车中燃烧。美国材料试验学会(ASTM)根据沸程以及其它燃料性质如十六烷值、浊点、闪点、粘度、苯胺点、硫含量、水含量、灰分含量、铜带腐蚀和残碳的允许范围建立了柴油的等级。因此，符合ASTM D975的任何燃料共混物均可定义为柴油燃料。

本发明还提供了生产喷气燃料的方法。喷气燃料为透明至稻草色。最常见的燃料为分类为Aeroplane A-1(按国际标准化规格生产)的无铅/石蜡油基燃料。喷气燃料是大量不同烃(可能多达千种或更多)的混合物。它们的大小(分子量或碳数)的范围受到产物要求例如凝固点或发烟点的限制。煤油型喷气燃料(包括Jet A和Jet A-1)的碳数分布为C₈-C₁₆。宽馏分或石脑油型飞机燃料(包括Jet B)的碳数分布通常为C₅-C₁₅。符合ASTM D1655的燃料共混物均可定义为喷气燃料。

在某些实施方案中，两种喷气燃料(Jet A和Jet B)均包含多种添加剂。有用的添加剂包括但不限于抗氧化剂、抗静电剂、腐蚀抑制剂和燃料系统防冰剂(FSII)。抗氧化剂防止胶质化，和通常基于烷基化酚例如AO-30、AO-31或AO-37。抗静电剂耗散静电和防止火花。含有二壬基萘基磺酸(DINNSA)作为活性成分的Stadis 450是抗静电剂的一个例子。腐蚀抑制剂例如DCI-4A用于民用和军用燃料和DCI-6A用于军用燃料。FSII剂包括例如Di-EGME。

在一些实施方案中，含氧中间体可以包含能参与碱催化缩合反应的含羰基化合物。在一些实施方案中，可以使用任选的脱氢反应来增大要用作缩合反应原料的含氧中间体物流中含羰基化合物的量。在这些实施方案中，可在催化剂存在下使含氧中间体和/或一部分生物基原料物流脱氢。

在一些实施方案中，对于包含醇、二醇和三醇的含氧中间体物流来说，可能优选脱氢催化剂。通常，醇不能直接参与醇醛缩合。存在的羟基可以转化为羰基(例如醛、酮等)以参与醇醛缩合反应。可以包括脱氢催化剂以使存在的任何醇、二醇和多元醇发生脱氢以形成酮和醛。脱水催化剂通常由与加氢、氢解或水相重整所用的相同的金属形成。这些催化剂如上所详述。通过脱除或消耗在反应过程中形成的氢来可以提高脱氢收率。脱氢步骤可以在醇醛缩合反应之前作为单独的反应步骤进行，或者脱氢反应可以与醇醛缩合反应协同进行。对于协同进行的脱氢和醇醛缩合反应来说，脱氢和醇醛缩合功能可以在相同的催化剂上发生。例如，在包含碱性官能度的催化剂上可以存在金属加氢/脱氢官能度。

脱氢反应可以生成含羰基化合物。适合的含羰基化合物可以包括但不限于包含羰基官能团的任何化合物，所述羰基官能团可以形成负碳离子物质或可以在缩合反应中与负碳离子物质反应。在一个实施方案中，含羰基化合物可以包括但不限于酮、醛、糠醛、羟基羧酸和羧酸。酮可以包括但不限于羟基酮、环酮、二酮、丙酮、2-氧代丙醛、丁酮、丁烷-2,3-二酮、3-羟基丁烷-2-酮、戊酮、环戊酮、戊烷-2,3-二酮、戊烷-2,4-二酮、己酮、环己酮、2-甲基-环戊酮、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、二羟基丙酮和它们的异构体。醛可以包括但不限于羟醛、乙醛、甘油醛、丙醛、丁醛、戊醛、己醛、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛、十一醛、十二醛和它们的异构体。羧酸可以包括但不限于甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸和它们的异构体和衍生物，包括羟基化衍生物如2-羟基丁酸和乳酸。糠醛包括但不限于羟甲基糠醛、5-羟甲基-2(5H)-呋喃酮、二氢-5-(羟甲基)-2(3H)-呋喃酮、四氢-2-糠酸、二氢-5-(羟甲基)-2(3H)-呋喃酮、四氢糠醇、1-(2-呋喃基)乙醇、羟甲基四氢糠醛和它们的异构体。在一个实施方案中，脱氢反应可以生成含羰基化合物，该含羰基化合物与含氧中间体组合成为进料到缩合反应的含氧中间体的一部分。

在一个实施方案中，可任选地使用酸催化剂使至少一部分含氧中间体物流脱水。用于脱水反应的适合的酸催化剂可以包括但不限于无机酸(例如HCl、H₂SO₄)、固体酸(例如沸石、离子交换树脂)和酸式盐(例如LaCl₃)。附加的酸催化剂可以包括但不限于沸石、碳化物、氮化物、氧化锆、氧化铝、二氧化硅、硅铝酸盐、磷酸盐、氧化钛、氧化锌、氧化钒、氧化镧、氧化钇、氧化钪、氧化镁、氧化铈、氧化钡、氧化钙、氢氧化物、杂多酸、无机酸、酸改性树脂、碱改性树脂和它们的任意组合。在一些实施方案中，脱水催化剂还可以包括调节剂。适合的调节剂可以包括例如La、Y、Sc、P、B、Bi、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba和它们的任意组合。调节剂尤其对进行协同的加氢/脱氢反应与脱水反应有用。在一些实施方案中，脱水催化剂还可以包括金属。适合的金属可以包括例如Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Fe、Co、Ru、Zn、Cd、Ga、In、Rh、Pd、Ir、Re、Mn、Cr、Mo、W、Sn、Os、它们的合金和任意组合。脱水催化剂可以自支撑、负载在惰性载体或树脂上或者可以溶解在溶液中。

在一些实施方案中，脱水反应可以在气相中进行。在其它实施方案中，脱水反应可以在液相中进行。对于液相脱水反应来说，可以使用水溶液进行反应。在一个实施方案中，还可以使用除了水之外的其它溶剂来形成水溶液。例如，可以存在水溶性有机溶剂。适合的溶剂可以包括但不限于羟甲基糠醛(HMF)、二甲亚砜(DMSO)、1-甲基-n-吡咯烷酮(NMP)和它们的任意组合。还可以单独或与任何这些溶剂组合使用其它适合的非质子溶剂。

在一个实施方案中，处理反应可以包括任选的酮化反应。酮化反应可以提高至少一部分含氧中间体中酮官能团的数量。例如，在酮化反应中，醇可以转化为酮。酮化可以在碱性催化剂存在下进行。可以使用如上作为醇醛缩合反应的碱性组分描述的任何碱性催化剂来进行酮化反应。适合的反应条件为本领域技术人员所知，通常对应于如上关于醇醛缩合反应所列的反应条件。酮化反应可以作为单独的反应步骤进行，或者可以与醇醛缩合反应协同进行。醇醛缩合催化剂上包含碱性功能位可以使酮化和醇醛缩合反应协同进行。

在一些实施方案中，处理反应可以包括任选的呋喃开环反应。呋喃开环反应可以使至少一部分任何包含呋喃环的含氧中间体转化为在醇醛缩合反应中更具反应性的化合物。呋喃开环反应可以在酸性催化剂存在下进行。可以使用如上作为醇醛缩合反应的酸性组分描述的任何酸催化剂来进行呋喃开环反应。适合的反应条件为本领域技术人员所知，通常对应于如上关于醇醛缩合反应所列的反应条件。呋喃开环反应可以作为单独的反应步骤进行，或者可以与醇醛缩合反应协同进行。醇醛缩合催化剂上包含酸性功能位可以使呋喃开环反应和醇醛缩合反应协同进行。这种实施方案可能是有利的，这是因为任何呋喃环均可在酸官能团存在下打开，并在使用碱性官能团的醇醛缩合反应中反应。这种协同反应方案可能允许对于给定的含氧中间体原料形成更大量的高级烃。

在一些实施方案中，通过在缩合催化剂存在下含氧中间体的缩合(可以包括醇醛缩合)可以生成>C₄化合物。醇醛缩合通常包括至少一种可能包含羰基的两种化合物之间进行碳-碳耦合，以形成更大的有机分子。例如，丙酮可以与羟甲基糠醛反应形成C₉物质，C₉物质随后可以与另一羟甲基糠醛分子反应形成C₁₅物质。在各种实施方案中，反应通常在缩合催化剂存在下进行。缩合反应可以在气相或液相中进行。在一个实施方案中，根据羰基的反应性，反应可以在5-375℃的温度下进行。

缩合催化剂通常为能够通过由新碳-碳键连接两个分子形成更长链化合物的催化剂，例如碱性催化剂、具有酸和碱官能度的多官能催化剂或者二者中还包含任选的金属官能度的任一类催化剂。在一些实施方案中，多官能催化剂可以为具有强酸和强碱官能度的催化剂。在一些实施方案中，醇醛缩合催化剂可以包含Li、Na、K、Cs、B、Rb、Mg、Ca、Sr、Si、Ba、Al、Zn、Ce、La、Y、Sc、Y、Zr、Ti、水滑石、铝酸锌、磷酸盐、经碱处理的硅铝酸盐沸石、碱性树脂、碱性氮化物、它们的合金或任意组合。在一些实施方案中，碱催化剂还可以包含Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo、Cr、W、Mn、Re、Al、Ga、In、Co、Ni、Si、Cu、Zn、Sn、Cd、Mg、P、Fe或它们的任意组合的氧化物。在一些实施方案中，缩合催化剂包含混合氧化物碱催化剂。适合的混合氧化物碱催化剂可以包含镁、锆和氧的组合，它可以包括但不限于：Si--Mg--O、Mg--Ti--O、Y--Mg--O、Y--Zr--O、Ti--Zr--O、Ce--Zr--O、Ce--Mg--O、Ca--Zr--O、La--Zr--O、B--Zr--O、La--Ti--O、B--Ti--O和它们的任意组合。Mg/Zr或构成混合氧化物催化剂的各种其它元素的组合的不同原子比可以为0.01-50。在一些实施方案中，缩合催化剂可以进一步包括金属或合金，包括金属如Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Fe、Co、Ru、Zn、Cd、Ga、In、Rh、Pd、Ir、Re、Mn、Cr、Mo、W、Sn、Bi、Pb、Os、它们的合金和组合。当脱氢反应要与醇醛缩合反应协同进行时，这些金属可能是优选的。在一些实施方案中，优选的第IA族材料可以包括Li、Na、K、Cs和Rb。在一些实施方案中，优选的第IIA族材料可以包括Mg、Ca、Sr和Ba。在一些实施方案中，第IIB族材料可以包括Zn和Cd。在一些实施方案中，第IIIB族材料可以包括Y和La。碱性树脂可以包括显示出碱性官能度的树脂。碱性催化剂可以为自支撑或附着到下面进一步描述的任一种载体上，包括包含碳、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化钒、氧化铈、氮化物、氮化硼、杂多酸、它们的合金和混合物的载体。

在一个实施方案中，缩合催化剂可以衍生自MgO和Al₂O₃的组合以形成水滑石材料。另一种优选的材料包含ZnO和Al₂O₃，形式为铝酸锌尖晶石。又一种优选的材料为ZnO、Al₂O₃和CuO的组合。这些材料的每一种还可以包含由第VIIIB族金属如Pd或Pt提供的附加的金属官能。当脱氢反应要与醇醛缩合反应协同进行时，这些金属可能是优选的。在一些实施方案中，碱性催化剂可以为包含Cu、Ni、Zn、V、Zr或它们的混合物的金属氧化物。在其它实施方案中，碱性催化剂可以为包含Pt、Pd Cu、Ni或它们的混合物的铝酸锌金属。

在一些实施方案中，使用具有酸性和碱性官能度的缩合催化剂可以进行碱催化的缩合反应。酸性醇醛缩合催化剂可以包括水滑石、铝酸锌、磷酸盐、Li、Na、K、Cs、B、Rb、Mg、Si、Ca、Sr、Ba、Al、Ce、La、Sc、Y、Zr、Ti、Zn、Cr或它们的任意组合。在进一步的实施方案，酸-碱催化剂还可以包含Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo、Cr、W、Mn、Re、Al、Ga、In、Fe、Co、Ir、Ni、Si、Cu、Zn、Sn、Cd、P和它们的组合的一种或多种氧化物。在一些实施方案中，酸-碱催化剂可以包括由Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Fe、Co、Ru、Zn、Cd、Ga、In、Rh、Pd、Ir、Re、Mn、Cr、Mo、W、Sn、Os、它们的合金或组合提供的金属官能度。在一些实施方案中，催化剂还包括Zn、Cd或磷酸盐。在一些实施方案中，缩合催化剂可以为包含Pd、Pt、Cu或Ni的金属氧化物，和甚至更优选为包含Mg和Cu、Pt、Pd或Ni的铝酸盐或锆金属氧化物。酸-碱催化剂还可以包括结合有任何一种或多种上述金属的羟基磷灰石(HAP)。酸-碱催化剂可以为自支撑或附着到下面进一步描述的任一种载体上，包括包含碳、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化钒、氧化铈、氮化物、氮化硼、杂多酸、它们的合金和混合物的载体。

在一些实施方案中，缩合催化剂还可以包括包含第IA组化合物如Li、Na、K、Cs和Rb的沸石和其它微孔载体。优选地，第IA族材料可以以小于中和载体的酸性性质所需的量存在。还可以通过加入第VIIIB族金属或Cu、Ga、In、Zn或Sn提供金属官能。在一个实施方案中，缩合催化剂可以衍生自MgO和Al₂O₃的组合以形成水滑石材料。另一种优选的材料可以包含MgO和ZrO₂的组合或ZnO和Al₂O₃的组合。这些材料的每一种还可以包含由铜或第VIIIB族金属如Ni、Pd或Pt或者前述的组合提供的附加的金属官能。

缩合催化剂可以为自支撑(即催化剂不需要其它材料作为载体)，或者可能需要适合使催化剂悬浮在反应物物流中的单独的载体。示例性的载体为通过溶胶-凝胶合成、沉淀或发烟得到的二氧化硅，特别是比表面积高(大于100平方米/g)的二氧化硅。在其它的实施方案中，特别是当缩合催化剂为粉末时，催化剂系统可以包括粘合剂以有助于使催化剂形成所需的催化剂形状。可用的成型工艺可以包括挤出、造粒、油滴或其它已知工艺。还可以将氧化锌、氧化铝和胶溶剂混合在一起并挤出以生产成型材料。干燥后，该材料可以在适合形成催化活性相的温度下煅烧。也可以使用本领域技术人员已知的其它催化剂载体。

在一些实施方案中，由于反应条件在一定程度上重叠，脱水催化剂、脱氢催化剂和缩合催化剂可以存在于相同的反应器中。在这些实施方案中，脱水反应和/或脱氢反应可以与缩合反应基本同时进行。在一些实施方案中，催化剂可以包含用于除缩合反应之外的脱水反应和/或脱氢反应的活性位。例如，催化剂可以在催化剂上分开的位点上包含用于脱水反应和/或脱氢反应以及缩合反应的活性金属或合金。适合的活性元素可以包括如上关于脱水催化剂、脱氢催化剂和缩合催化剂任何所列的那些。替代地，可以使用脱水、脱氢和缩合催化剂的物理混合物。不希望被理论所束缚，据信使用包含金属和/或酸官能度的缩合催化剂可以有助于将平衡限制的醇醛缩合反应推向完成。有利地，这可以使中间体进行多个缩合反应与脱水和/或脱氢，从而形成(通过缩合、脱水和/或脱氢)生产喷气燃料或柴油燃料所需的分子量更高的低聚物。

在缩合反应中生成的具体>C₄化合物可能取决于各种因素，包括但不限于反应物物流中含氧中间体的类型、缩合温度、缩合压力、催化剂的反应性和反应物物流的流量。通常，缩合反应可以在对计划反应的热力学有利的温度下进行。对于冷凝相液体反应来说，反应器内的压力可以足以使至少一部分反应物在反应器入口处保持冷凝液相。对于气相反应来说，反应可以在含氧物的蒸气压为至少0.1bar和对反应的热力学有利的温度下进行。缩合温度根据使用的具体含氧中间体而不同，但对于在气相中进行的反应来说通常可以为75-500℃，更优选为125-450℃。对于液相反应来说，缩合温度可以为5-475℃，和缩合压力可以为0.01-100bar。优选地，缩合温度可以为15-300℃或15-250℃。

改变上述以及其它因素通常会改变>C₄化合物的具体组成和收率。例如，改变反应器系统的温度和/或压力或者特定的催化剂配方，会生成>C₄醇和/或酮而不是>C₄烃。>C₄烃产物也可以包含各种烯烃和各种大小的烷烃(通常为支链烷烃)。根据所用的缩合催化剂，烃产物也可以包括芳烃和环烃化合物。>C₄烃产物也可能包含不希望的高的烯烃含量，这会导致燃烧发动机中产生焦炭或沉积物，或者其它不希望的烃产物。在这种情况下，烃可以任选地加氢以将酮还原为醇和烃，而可将醇和烯属烃还原为烷烃，由此形成具有降低的烯烃、芳烃或醇含量的更希望的烃产物。

缩合反应可以在适合设计的任何反应器中进行，包括连续流、间歇、半间歇或多系统反应器，不受设计、尺寸、几何学、流量等的限制。反应器系统也可以使用流化催化床系统、摇床系统、固定床系统、移动床系统或上述的组合。在一些实施方案中，可以使用两相(例如液-液)和三相(例如液-液-固)反应器进行缩合反应。

在连续流系统中，反应器系统可以包括适于生成经脱氢的含氧中间体的任选的脱氢床、适于生成经脱水的含氧中间体的任选的脱水床、和适于由含氧中间体生成>C₄化合物的缩合床。脱氢床可以设置为接收反应物物流和生成所需的含氧中间体，它可以具有提高的含羰基化合物含量。脱水床可以设置为接收反应物物流和生成所需的含氧中间体。缩合床可以设置为接收含氧中间体以与缩合催化剂接触和生成所需的>C₄化合物。对于具有一个或多个精制步骤的系统来说，在缩合床之后可以包括用于进行精制过程的附加的反应床。

在一些实施方案中，任选的脱水反应、任选的脱氢反应、任选的酮化反应、任选的开环反应和缩合反应催化剂床可以设置在相同的反应器容器中，或者在彼此流体连通的分开的反应器容器中。每个反应器容器优选可以包括适于从反应器容器移除产物物流的出口。对于具有一个或多个精制步骤的系统来说，精制反应床可以与缩合床在相同的反应器容器中，或者在与具有缩合床的反应器容器流体连通的单独的反应器容器中。

在一些实施方案中，反应器系统还可以包括附加的出口以允许移除部分反应物物流从而进一步促进或引导反应生成所需的反应产物，和允许收集和回收反应副产物以用于系统的其它部分。在一些实施方案中，反应器系统还可以包括附加的入口以允许引入补充物料从而进一步促进或引导反应生成所需的反应产物，和允许回收反应副产物以用于其它反应。

在一些实施方案中，反应器系统还可以包括允许反应物物流分离为不同组分的元件，所述不同组分可以用于不同的反应方案或只是促进所需的反应。例如，可以在缩合步骤之前安装分离装置如相分离器、提取器、纯化器或蒸馏塔以从反应物物流中脱除水，从而促进缩合反应以利于生成高级烃。在一些实施方案中，可以安装分离装置以脱除特定的中间体，从而允许生成包含碳数在特定范围内的烃、或者用作最终产物或用于其它系统或过程的所需的产物物流。缩合反应可以生成碳数为C₄-C₃₀或更大的宽范围的化合物。示例性的化合物可以包括例如>C₄烷烃、>C₄烯烃、>C₅环烷烃、>C₅环烯烃、芳烃、稠合芳烃、>C₄醇、>C₄酮和它们的混合物。>C₄烷烃和>C₄烯烃可以具有4-30个碳原子(即C₄-C₃₀烷烃和C₄-C₃₀烯烃)和可以为支链或直链烷烃或烯烃。>C₄烷烃和>C₄烯烃还可以分别包括C₇-C₁₄、C₁₂-C₂₄烷烃和烯烃馏分，其中C₇-C₁₄馏分涉及喷气燃料共混物，和C₁₂-C₂₄馏分涉及柴油燃料共混物和其它工业应用。各种>C₄烷烃和>C₄烯烃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、庚烷、庚烯、辛烷、辛烯、2,2,4-三甲基戊烷、2,3-二甲基己烷、2,3,4-三甲基戊烷、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、二十一烷、二十一烯、二十二烷、二十二烯、二十三烷、二十三烯、二十四烷、二十四烯和它们的异构体。

>C₅环烷烃和>C₅环烯烃可以具有5-30个碳原子和可以为未取代、单取代或多取代。在单取代和多取代化合物的情况下，取代基可以包括支链>C₃烷基、直链>C₁烷基、支链>C₃亚烷基、直链>C₁亚烷基、直链>C₂亚烷基、芳基或它们的组合。在一个实施方案中，至少一个取代基可以包括支链C₃-C₁₂烷基、直链C₁-C₁₂烷基、支链C₃-C₁₂亚烷基、直链C₁-C₁₂亚烷基、直链C₂-C₁₂亚烷基、芳基或它们的组合。在另一个其它实施方案中，至少一个取代基可以包括支链C₃-C₄烷基、直链C₁-C₄烷基、支链C₃-C₄亚烷基、直链C₁-C₄亚烷基、直链C₂-C₄亚烷基、芳基或它们的组合。所需的>C₅环烷烃和>C₅环烯烃的例子可以包括但不限于环戊烷、环戊烯、环己烷、环己烯、甲基环戊烷、甲基环戊烯、乙基环戊烷、乙基环戊烯、乙基环己烷、乙基环己烯和它们的异构体。

芳烃包括未取代(苯基)、单取代或多取代形式的芳烃。在单取代和多取代化合物的情况下，取代基可以包括支链>C₃烷基、直链>C₁烷基、支链>C₃亚烷基、直链>C₂亚烷基、苯基或它们的组合。在一些实施方案中，至少一个取代基可以包括支链C₃-C₁₂烷基、直链C₁-C₁₂烷基、支链C₃-C₁₂亚烷基、直链C₂-C₁₂亚烷基、苯基或它们的任意组合。在另一个其它实施方案中，至少一个取代基可以包括支链C₃-C₄烷基、直链C₁-C₄烷基、支链C₃-C₄亚烷基、直链C₂-C₄亚烷基、苯基或它们的任意组合。各种芳烃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、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯和C₉芳烃。

稠合芳烃包括未取代、单取代或多取代形式的二环或多环芳烃。在单取代和多取代化合物的情况下，取代基可以包括支链>C₃烷基、直链>C₁烷基、支链>C₃亚烷基、直链>C₂亚烷基、苯基或它们的组合。在其它实施方案中，至少一个取代基可以包括支链C₃-C₄烷基、直链C₁-C₄烷基、支链C₃-C₄亚烷基、直链C₂-C₄亚烷基、苯基或它们的任意组合。各种稠合芳烃的例子可以包括但不限于萘、蒽、四氢化萘和十氢化萘、茚满、茚和它们的异构体。

中等馏分如C₇-C₁₄可以分离作为喷气燃料，而较重馏分(例如C₁₂-C₂₄)可以分离作为柴油使用。最重馏分可以用作润滑剂或经裂化以生成附加的汽油和/或柴油馏分。>C₄化合物还可以用作工业化学品，无论是作为中间体还是最终产物。例如，芳烃甲苯、二甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯和邻二甲苯可以用作生产塑料和其它产品的化学中间体。同时，C₉芳烃和稠合芳烃如萘、蒽、四氢化萘和十氢化萘可以在工业过程中用作溶剂。

在一些实施方案中，可以使用附加过程处理燃料共混物以脱除某些组分或进一步使燃料共混物符合柴油或喷气燃料标准。适合的技术可以包括加氢处理以减小燃料共混物中剩余的氧、硫或氮的量或者脱除这些物质。加氢处理烃物流的条件为本领域技术人员所知。

在一些实施方案中，加氢可以代替加氢处理过程或在其后进行以使至少一些烯烃键饱和。在一些实施方案中，通过将金属官能团包括在醇醛缩合催化剂中，可以使加氢反应与醇醛缩合反应协同进行。进行该加氢可以使燃料共混物符合特定的燃料标准(例如柴油燃料标准或喷气燃料标准)。燃料共混物物流的加氢可以根据已知程序进行，采用连续方法或间歇方法。可以使用加氢反应脱除剩余的羰基或/或羟基。在这种情况下，可以使用上述任何加氢催化剂。通常，精制步骤可以在80-250℃的精制温度下进行，和精制压力可以为5-150bar。在一些实施方案中，精制步骤可以在气相或液相中进行，和按需使用外部氢、循环氢或它们的组合。

在一些实施方案中，可以使用异构化处理燃料共混物以向燃料共混物中的至少一些组分引入所需程度的支化或其它择形性。在烃与异构化催化剂接触前脱除任何杂质也可能是有用的。异构化步骤可以包括任选的汽提步骤，其中通过用水蒸气或适合的气体如轻质烃、氮气或氢气汽提可以纯化来自低聚反应的燃料共混物。任选的汽提步骤可以在异构化催化剂上游的装置中以逆流模式进行，其中气体和液体彼此接触，或者在真正的异构化反应器之前在单独的汽提装置中利用逆流方式进行。

在任选的汽提步骤之后，可将燃料共混物送至包括一个或多个催化剂床的反应性异构化装置中。异构化装置的催化剂床可以以并流或逆流方式操作。在异构化装置中，压力可以为20-150bar，优选为20-100bar，温度范围为195-500℃，优选为300-400℃。在异构化装置中，可以使用本领域已知的任何异构化催化剂。在一些实施方案中，适合的异构化催化剂可以包含分子筛和/或第VII族金属和/或载体。在一些实施方案中，异构化催化剂可以包含SAPO-11或SAPO41或ZSM-22或ZSM-23或镁碱沸石和Pt、Pd或Ni和Al₂O₃或SiO₂。典型的异构化催化剂可以包括例如Pt/SAPO-11/Al₂O₃、Pt/ZSM-22/Al₂O₃、Pt/ZSM-23/Al₂O₃和Pt/SAPO-11/SiO₂。

其它因素如水或不需要的含氧中间体的浓度也可能影响>C₄化合物的组成和收率以及缩合催化剂的活性和稳定性。在这种情况下，过程可以包括脱水步骤以在缩合反应和/或任选的脱水反应之前脱除一部分水，或者分离装置以脱除不需要的含氧中间体。例如，可以在缩合反应器之前安装分离器装置如相分离器、提取器、纯化器或蒸馏塔，从而从包含含氧中间体的反应物物流中脱除一部分水。还可以安装分离装置以脱除特定的含氧中间体以允许生成包含具有特定碳数范围的烃、或者用作最终产物或用于其它系统或过程的所需的产物物流。

因此，在一些实施方案中，通过这里所述过程生成的燃料共混物可以是符合喷气燃料要求(例如符合ASTM D1655)的烃混合物。在其它实施方案中，这里所述过程的产物可以是符合柴油燃料要求(例如符合ASTM D975)的烃混合物。

在其它实施方案中，可以产生包含汽油烃的燃料共混物(即汽油燃料)。"汽油烃"指主要含C_5-9烃(例如C_6-8烃)和具有32-204℃(90-400℉)的沸程的各种烃。汽油烃可以包括但不限于直馏汽油、石脑油、流化或热催化裂化汽油、VB汽油和焦化汽油。汽油烃含量由ASTM方法D2887确定。

在另一个其它实施方案中，通过在脱水催化剂存在下在脱水温度和脱水压力下使含氧中间体催化反应生成包含>C₂烯烃的反应物流而生成>C₂烯烃。>C₂烯烃可以包括含有一个或多个碳-碳双键的直链或支链烃。通常，>C₂烯烃可以包含2-8个碳原子，更优选为3-5个碳原子。在一些实施方案中，烯烃可以包括丙烯、丁烯、戊烯、前述的异构体和前述两种或更多种的混合物。在其它实施方案中，>C₂烯烃可以包括通过使一部分>C₂烯烃经烯烃异构化催化剂催化反应生成的>C₄烯烃。

脱水催化剂可以包括选自如下的成员：酸性氧化铝、磷酸铝、磷酸二氧化硅-氧化铝、无定形二氧化硅-氧化铝、硅铝酸盐、氧化锆、硫酸化氧化锆、钨酸化氧化锆、碳化钨、碳化钼、二氧化钛、硫酸化碳、磷酸化碳、磷酸化二氧化硅、磷酸化氧化铝、酸性树脂、杂多酸、无机酸和前述任意两种或更多种的组合。在一些实施方案中，脱水催化剂可以进一步包含调节剂，所述调节剂选自Ce、Y、Sc、La、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、P、B、Bi和前述任意两种或更多种的组合。在其它实施方案中，脱水催化剂可以进一步包含元素的氧化物，所述元素选自Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo、Cr、W、Mn、Re、Al、Ga、In、Fe、Co、Ir、Ni、Si、Cu、Zn、Sn、Cd、P和前述任意两种或更多种的组合。在另一个其它实施方案中，脱水催化剂可以进一步包含金属，所述金属选自Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Fe、Co、Ru、Zn、Cd、Ga、In、Rh、Pd、Ir、Re、Mn、Cr、Mo、W、Sn、Os、前述任意两种或更多种的合金和前述任意两种或更多种的组合。

在另一个其它实施方案中，脱水催化剂可以包括硅铝酸盐沸石。在一些实施方案中，脱水催化剂可以进一步包含调节剂，所述调节剂选自Ga、In、Zn、Fe、Mo、Ag、Au、Ni、P、Sc、Y、Ta、镧系元素和前述任意两种或更多种的组合。在一些实施方案中，脱水催化剂可以进一步包含金属，所述金属选自Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Fe、Co、Ru、Zn、Cd、Ga、In、Rh、Pd、Ir、Re、Mn、Cr、Mo、W、Sn、Os、前述任意两种或更多种的合金和前述任意两种或更多种的组合。

在其它实施方案中，脱水催化剂可以包括含双官能高硅五元环的硅铝酸盐沸石。在一些实施方案中，脱水催化剂可以进一步包含调节剂，所述调节剂选自Ga、In、Zn、Fe、Mo、Ag、Au、Ni、P、Sc、Y、Ta、镧系元素和前述任意两种或更多种的组合。在一些实施方案中，脱水催化剂可以进一步包含金属，所述金属选自Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Fe、Co、Ru、Zn、Cd、Ga、In、Rh、Pd、Ir、Re、Mn、Cr、Mo、W、Sn、Os、前述任意两种或更多种的合金和前述任意两种或更多种的组合。

脱水反应可以在有利于热力学的温度和压力下进行。通常，反应可以在气相、液相或二者的组合中进行。在一些实施方案中，脱水温度可以为100-500℃，和脱水压力可以为1-60bar(绝压)。在一些实施方案中，脱水温度可以为125-450℃。在一些实施方案中，脱水温度为可以为150-350℃，和脱水压力可以为5-50bar。在一些实施方案中，脱水温度可以为175-325℃。

通过在烷基化催化剂存在下在烷基化温度和烷基化压力下使>C₂烯烃与>C₄异链烷烃的物流催化反应可以生成包含>C₆链烷烃的产物物流而生产>C₆链烷烃。>C₄异链烷烃可以包括具有4-7个碳原子烷烃和环烷烃如异丁烷、异戊烷、环烷烃、和具有叔碳原子的高级同系物(例如2-甲基丁烷和2,4-二甲基戊烷)、前述的异构体和前述任意两种或更多种的混合物。在一些实施方案中，>C₄异链烷烃物流可以包含内部产生的>C₄异链烷烃、外部>C₄异链烷烃、循环>C₄异链烷烃或前述任意两种或更多种的组合。

>C₆链烷烃可以为支链烷烃，但也可以包括正链烷烃。在一种形式中，>C₆链烷烃包括选自如下的成员：支链C_6-10烷烃、支链C₆烷烃、支链C₇烷烃、支链C₈烷烃、支链C₉烷烃、支链C₁₀烷烃或前述任意两种或更多种的混合物。在一种形式中，>C₆链烷烃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、二甲基戊烷、2,3-二甲基戊烷、2,4-二甲基戊烷、甲基己烷、2,3-二甲基己烷、2,3,4-三甲基戊烷、2,2,4-三甲基戊烷、2,2,3-三甲基戊烷、2,3,3-三甲基戊烷、二甲基己烷或前述任意两种或更多种的混合物。

烷基化催化剂可以包括选自如下的成员：硫酸、氢氟酸、氯化铝、三氟化硼、固体磷酸、氯化氧化铝、酸性氧化铝、磷酸铝、磷酸二氧化硅-氧化铝、无定形二氧化硅-氧化铝、硅铝酸盐、硅铝酸盐沸石、氧化锆、硫酸化氧化锆、钨酸化氧化锆、碳化钨、碳化钼、二氧化钛、硫酸化碳、磷酸化碳、磷酸化二氧化硅、磷酸化氧化铝、酸性树脂、杂多酸、无机酸和前述任意两种或更多种的组合。烷基化催化剂还可以包括无机酸与Friedel-Crafts金属卤化物如溴化铝和其它质子供体的混合物。

在一些实施方案中，烷基化催化剂可以包括硅铝酸盐沸石。在一些实施方案中，烷基化催化剂可以进一步包含调节剂，所述调节剂选自Ga、In、Zn、Fe、Mo、Ag、Au、Ni、P、Sc、Y、Ta、镧系元素和前述任意两种或更多种的组合。在一些实施方案中，烷基化催化剂可以进一步包含金属，所述金属选自Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Fe、Co、Ru、Zn、Cd、Ga、In、Rh、Pd、Ir、Re、Mn、Cr、Mo、W、Sn、Os、前述任意两种或更多种的合金和前述任意两种或更多种的组合。

在一些实施方案中，烷基化催化剂可以包括含铝硅酸盐的双功能五元环沸石。在一些实施方案中，脱水催化剂可以进一步包含调节剂，所述调节剂选自Ga、In、Zn、Fe、Mo、Ag、Au、Ni、P、Sc、Y、Ta、镧系元素和前述任意两种或更多种的组合。在一些实施方案中，烷基化催化剂可以进一步包含金属，所述金属选自Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Fe、Co、Ru、Zn、Cd、Ga、In、Rh、Pd、Ir、Re、Mn、Cr、Mo、W、Sn、Os、前述任意两种或更多种的合金和前述任意两种或更多种的组合。在一种形式中，脱水催化剂和烷基化催化剂可以在原子上相同。

烷基化反应可以在有利于热力学的温度下进行。通常，烷基化温度可以为-20-300℃，和烷基化压力可以为1-80bar(绝压)。在一些实施方案中，烷基化温度可以为100-300℃。在另一种形式中，烷基化温度可以为0-100℃。在又一个实施方案中，烷基化温度可以为0-50℃。在又一个实施方案中，烷基化温度可以为70-250℃，和烷基化压力可以为5-80bar。在一些实施方案中，烷基化催化剂可以包括无机酸或强酸。在其它实施方案中，烷基化催化剂可以包含沸石，和烷基化温度可以大于100℃。

在一些实施方案中，可以实施烯烃低聚反应。所述低聚反应可以在任何合适的反应器构造中实施。合适的构造可以包括但不限于间歇反应器、半间歇反应器或连续反应器设计，例如带有外部再生容器的流化床反应器。反应器设计可以包括但不限于管式反应器、固定床反应器或适合实施低聚反应的任何其它反应器类型。在一些实施方案中，使用低聚反应器使包含具有2-8个碳原子链长的短链烯烃的烯烃进料物流与沸石催化剂在高温和高压下接触以转化短链烯烃为柴油沸程内的燃料共混物，可以实施用于生产柴油和喷气燃料沸程的烃的连续低聚方法。低聚反应器可以在20-100bar的相对高的压力和150-300℃、优选200-250℃的温度下操作。

所得的低聚物流形成可能具有多种产物的燃料共混物，包括含C₅-C₂₄烃的产物。可以应用附加的处理来获得满足所需标准的燃料共混物。可以应用初始分离步骤来产生具有较窄碳数范围的燃料共混物。在一些实施方案中，可以应用分离过程例如精馏过程产生包含C₁₂-C₂₄烃的燃料共混物用于进一步处理。剩余的烃可以用于产生汽油燃料共混物、循环至低聚反应器或用于附加过程中。例如，煤油馏分可以与柴油馏分一起获得，和可以用作照明的链烷烃、在常规原油或合成衍生的喷气燃料中用作喷气燃料共混物组分、或者在生产LAB(直链烷基苯)的过程中用作反应物(特别是C₁₀-C₁₃馏分)。加氢处理后，可以将石脑油馏分引至热裂解器用于生产乙烯和丙烯，或引至催化裂化器以生产乙烯、丙烯和汽油。

可以使用附加过程处理燃料共混物以脱除某些组分或进一步使燃料共混物符合柴油或喷气燃料标准。适合的技术可以包括加氢处理以脱除燃料共混物中任何剩余的氧、硫或氮。加氢处理过程后可以实施加氢以使至少一些烯属键饱和。可以实施这种加氢以使燃料共混物符合具体的燃料标准(例如柴油燃料标准或喷气燃料标准)。燃料共混物物流的加氢步骤可以按已知的程序以连续或间歇的模式实施。

为有助于更好地理解本发明，下面给出优选实施方案的实施例。绝不应当将下列实施例解读为对本发明范围的限制或限定。

实施例

如果在下文中不另外指出，反应均在Parr 5000 HASTELLOY多反应器装置中实施，所述多反应器装置包括在压力至多135bar和温度至多275℃下并联操作、用磁力搅拌棒搅拌的6个75ml的反应器。替代研究在100ml的Parr 4590反应器中实施，其中利用顶部驱动搅拌轴叶轮混合，也能够达到135bar的压力和275℃的温度。应用Bio-Rad Aminex HPX-87H色谱柱(300mm×7.8mm)以0.6mL/min5mM硫酸水溶液的流量和30℃的炉温利用HPLC实施液相色谱分析。运行时间为70分钟。

应用60m×0.32mm ID DB-5色谱柱(1μm厚、50:1的分流比、2ml/min的氦流量和40℃的柱子炉温)实施气相色谱分析8分钟，随后以10℃/min升温至285℃和保持时间为53.5分钟。注射器温度设为250℃，和检测器温度设为300℃。

实施例1：在高纤维素类生物质固体负载下形成糊剂。

在量筒中向25.5克去离子水中加入2.08克含11.3％水分的粉碎的松木锯末。混合和允许木质平衡后，用注射器从木层的顶部移除10.4克水。然后倾斜量筒以倒出更多的水，但只移除了1克更多的水，从而使最终的水与干固体的比为8.3:1。加入0.1克颗粒粒度为1-25微米的浆液催化剂，和通过多次颠倒量筒使其混合。由于粉碎木材形成糊剂，几乎观察不到浆液催化剂与木材的混合。

实施例2：生物质颗粒尺寸对消化率的作用。

用20.0克50％的在含0.05克碳酸钠的去离子水中的2-丙醇装载平行的Parr 5000反应器。向每个反应器中加入2.70克含39％水分的软松木片。在第一个反应器中，加入单片1英寸×1英寸×3mm的木片。在第二个反应器中，将松木手工修剪为1/4英寸×1/4英寸×3mm的小片。在第三个反应器中，在咖啡研磨机中将松木研磨至3mm的名义最大尺寸。

将三个反应器均用H₂加压至51bar，并加热至190℃，1小时后升温至240℃以完成5小时的循环。用Whatman GF/F滤纸过滤反应器内容物，在真空烘箱中在90℃下使带有固体的滤纸干燥过夜。以自由水基计，第一反应器溶解掉了78wt％的木质，在其它两个反应器中较小的木片有72wt％溶解。据信这些结果在试验误差内基本相同，木片尺寸对消化率的影响不大。

实施例3：在底部装载的浆液催化剂存在下消化纤维素类生物质。

12.5英寸×0.5-英寸外径(0.402-英寸内径)的消化器管下部2.25-英寸区域用1/8-英寸的陶瓷球(Denstone)填充，随后填充0.7-英寸的14×40目的滤砂。在砂子上放置0.604克在粉碎至颗粒粒度小于100μm的氧化铝载体上含1-10％氧化钴和三氧化钼(至多30wt％)的经过硫化的钴钼酸盐催化剂(DC2534,Criterion Catalyst&Technologies L.P)。所述催化剂按美国专利申请公开US 20100236988中所述预先硫化。然后用4.00克名义尺寸为3mm×5mm×5mm的南方松木片填充所述管子，以形成8.7英寸的碎木层。

用0.3wt％碳酸钠缓冲的50％的2-丙醇/去离子水从底部填充入消化装置。持续加入消化溶剂直到碎木层的空隙被填满，和在床层顶部获得大于0.5英寸的液层。填充床层中溶剂与干木材的比小于5.8:1。然后终止液体的流动。然后用H₂使消化装置加压至70bar，和从消化装置的底部连续加入氢气流，并在标准室温和常压(STP)下以95ml/min的流量在顶部放空。该流量对应于通过消化装置0.05cm/s的氢气流的表观线速度。底部入口为具有名义外径3mm(2mm的内径)的管子，从而用作气体鼓泡的喷嘴。

然后将消化装置加热至190℃持续1.5小时，随后加热至240℃持续3.5小时。实验结束时，从消化装置排出9.24克液体产物。由氢气喷射载带的溢流中另外收集到7.8克冷凝的液体产物。液体产物的分析表明，以在最初木材进料中存在的碳水化合物的量为基准，含氧产物的混合物(包括一元醇和二醇)为预期理论收率的82％。在消化时段结束时，没有剩余的木材固体。

实施例4：在顶部负载的浆液催化剂存在下消化纤维素类生物质。

重复实施例3的试验，只是在木片层的顶部而不是下部放置0.600克催化剂。溶剂与干木材的初始比小于5.5:1。消化后，从消化装置排出10.1克液体产物，和从溢流收集到7.28克冷凝的液体产物。同样，在消化时段结束时，没有观察到剩余的木材固体。与产生相当高收率的在木片层下部装载催化剂的方案相比，在木片层顶部装载催化剂的收率只有理论收率的28％。液体产物的LC/MS分析表明可能存在分子量大于300的低聚副产物，和该分子量对于气相色谱来说太大。

实施例5：低压下在底部负载的浆液催化剂存在下消化纤维素类生物质。

应用6.05克南方松木片和15.4ml消化溶剂重复实施例3的实验，消化溶剂从底部加入以完全覆盖木片层。在这种情况中，相对于估计的溶剂蒸气压32bar，消化装置只加压至37bar。放空的氢气流量为97mL/min，和以0.05mL/min的流量从消化装置的底部共同进料50％在去离子水中的2-丙醇作为消化溶剂。将消化装置加热至190℃持续1.5小时，随后加热至240℃持续5小时，同时氢气和消化溶剂的流量保持在相同的水平。在运行结束时，从溢流排出18.53克液体产物，和从消化装置排出8.17克液体产物。需要5.167克碎木片将消化装置重新装填至以前的水平。该结果表明在消化条件下有最少85％的消化率。气相色谱分析表明只有31％转化为所需的产物。该结果与实施例3的对比表明，增大氢气压力将以更高收率的形式促进可溶性碳水化合物的稳定。

实施例6：没有氢气流时在底部负载的浆液催化剂存在下消化纤维素类生物质。

通过用70bar氢气初始加压，重复实施例5的试验，但只保持消化溶剂流过纤维素类生物质和没有氢气流。在运行结束时，从溢流排出17.45克液体产物，和从消化装置排出7.4克液体产物。运行后还收集到8ml未消化的木材，这表明50％的转化率。气相色谱分析表明液体产物中所需反应产物的收率为27％。同样，当通过终止其流动而减小可获得氢量时，稳定效果变差。

实施例7：不存在浆液催化剂时消化纤维素类生物质。

加入6.76克松木片后重复实施例3的实验，但不包含浆液催化剂。虽然所有的木材进料均在6.5小时内消化，GC分析表明只形成了3％的所需反应产物。

实施例8：用气体和液体流在室温下在底部负载的浆液催化剂存在下消化纤维素类生物质。

加入5.29克南方松木片重复实施例3的实验，但在暴露期间使消化装置维持在23.5℃下。运行结束时，从消化装置排出7.597克液体产物。脱除液体产物后对木片层的分析表明，催化剂在整个纤维素类生物质床层高度中均匀分布，从而表明气体和液体流能够有效地在纤维素类生物质固体中分布浆液催化剂。

实施例9：只用液体流在室温下在底部负载的浆液催化剂存在下消化纤维素类生物质。

在填充7.13克松木片后重复实施例8的试验，只是没有应用向上流动的氢气，和只存在0.05mL/min向上流动的消化溶剂。从溢流中排出1.36克液体产物和从消化装置中获得10.67克液体产物。脱除液体产物后对木片层的分析表明，催化剂只在木片层下部约20％处分布，在木片进料的上部没有发现催化剂分布。

实施例10：用于流化浆液催化剂所需要的最小气速的确定。

用1克名义1–25μm的NiMo/氧化铝浆液催化剂和50克去离子水填充100ml的量筒。在量筒底部放置烧结的鼓泡石(ACE Glass)和应用1/8-英寸的Teflon管与N₂供应相连。改变N₂的流量以确定使浆液催化剂完全流化至液体柱顶部所需的最小流量。应用这种方法确定的对应于完全流化的气体线速度为0.037cm/s。当在前面的实施例中应用时，为了使催化剂流化和悬浮，氢气流量超过该最小速度。

因此，本发明很好地用于达到所提到的及其固有的各种目的和优点。上文公开的具体实施方案只是描述性的，因为在受益于此处给出的教导后，本发明可以以对本领域熟练技术人员来说不同但等同的方式进行调整和实施。另外，除了在下文权利要求中所述，不打算限制这里所给出的结构或设计的细节。因此，很明显上文所公开的具体描述性实施方案可以进行改变、组合或调整，和所有这些变化据认为均在本发明范围和实质内。这里描述性公开的发明可以合适地在不存在这里没有具体公开的任何元素和/或这里公开的任何任选元素时实施。虽然各组合物和方法均"包括"、"含有"或"包含"各种组分或步骤的方式描述，但各组合物和方法也可以基本由或由各种组分和步骤"组成"。上面公开的所有数值和范围均可以在一定程度上变化。当公开具有下限和上限的数值范围时，均具体公开了落在范围内的任意数值和任意包括的范围。具体地，这里所公开的每个数值范围(为"a至b"或等价的"约a-b"形式)均应理解为包括在所述较宽数值范围内的所有数值和范围。另外，除非专利权人另外明确和清楚地定义，权利要求中的术语按照它们基本的常用含义理解。另外，在权利要求中所应用的不定冠词在这里定义为指它们所指代的元件的一个或多个。如果本说明书和一个或多个可能在这里参考的专利或其它文献中使用的词语或术语存在任何冲突，则应该采用与本说明书一致的定义。

Claims (19)

1.一种生物质转化系统，包括：

包含分子氢活化浆液催化剂的水热消化装置；

与水热消化装置操作相连的任选的氢进料管线；

包括水热消化装置和催化还原反应器装置的流体循环回路，其中所述催化还原反应器装置也包含所述浆液催化剂；

不是流体循环回路一部分且不包含所述浆液催化剂的预处理消化装置；和

将预处理消化装置与水热消化装置操作相连的固体输送机构。

2.权利要求1的生物质转化系统，其中所述固体输送机构将预处理消化装置的底部与水热消化装置的顶部操作相连。

3.权利要求1或2的生物质转化系统，其中所述固体输送机构能够在保持加压状态下将生物质浆料从预处理消化装置输送至水热消化装置。

4.前述权利要求任一项的生物质转化系统，其中构造流体循环回路以在水热消化装置内或催化还原反应器装置内建立起向上的流体流动。

5.前述权利要求任一项的生物质转化系统，还包括：

与流体循环回路流体连通的反应产物抽出管线，所述反应产物抽出管线位于水热消化装置与催化还原反应器装置的出口之间。

6.权利要求5的生物质转化系统，还包括：

与反应产物抽出管线操作相连的固体分离机构。

7.前述权利要求任一项的生物质转化系统，其中所述浆液催化剂包含耐毒催化剂。

8.前述权利要求任一项的生物质转化系统，还包括：

与预处理消化装置操作相连的固体引入机构，所述固体引入机构包括常压区和压力过渡区，所述压力过渡区在常压和高压态间循环。

9.前述权利要求任一项的生物质转化系统，还包括：

与水热消化装置操作相连的固体引入机构，所述固体引入机构包括压力过渡区，所述压力过渡区在低压态和高压态间循环，其中所述预处理消化装置通过所述固体引入机构与水热消化装置操作相连。

10.一种方法，包括：

在预处理消化装置中提供纤维素类生物质固体；

在预处理消化装置中将纤维素类生物质固体在第一温度下加热第一时间段，所述第一温度和第一时间段足以从纤维素类生物质固体中脱除至少部分半纤维素和木质素，从而获得生物质浆料；

将至少部分生物质浆料输送至包含分子氢活化浆液催化剂的水热消化装置中；

在水热消化装置中在分子氢存在下将生物质浆料在第二温度下加热第二时间段，同时使浆液催化剂在其中循环，所述第二温度和第二时间段足以消化至少部分纤维素，从而形成在液相内包含可溶性碳水化合物的水解产物；

在可溶性碳水化合物在水热消化装置内时，至少部分将可溶性碳水化合物通过催化还原反应转化为反应产物；和

将至少部分液相输送至也包含所述浆液催化剂的催化还原反应器装置，从而将可溶性碳水化合物进一步转化为反应产物。

11.权利要求10的方法，还包括：

将至少部分液相从催化还原反应器装置循环至水热消化装置。

12.权利要求10或11的方法，其中以2或更小的循环比将液相循环至水热消化装置。

13.权利要求10-12任一项的方法，其中加热至第二温度和保持第二时间段后，以干基计少于10％的纤维素类生物质固体仍保持未消化。

14.权利要求10-13任一项的方法，其中所述第二温度高于第一温度。

15.权利要求10-14任一项的方法，其中将所述液相从水热消化装置输送至催化还原反应器装置，从而所述液相在催化还原反应器装置内向上流动。

16.权利要求10-15任一项的方法，还包括：

在将生物质浆料输送至水热消化装置之前，从预处理消化装置中脱除半纤维素和木质素。

17.权利要求10-16任一项的方法，还包括：

进一步将可溶性碳水化合物转化为反应产物后，从催化还原反应器装置抽出部分反应产物；和

将反应产物转化为生物燃料。

18.权利要求10-17任一项的方法，还包括：

在抽出后从反应产物中分离固体。

19.权利要求10-18任一项的方法，还包括：

通过暴露于温度至少200℃的水而使浆液催化剂再生。