CN110127608A - 用于生产氢或液态燃料的c-o-h化合物处理方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于生产氢或液态燃料的C‑O‑H化合物处理方法。例如，一种用于从包含碳、氧和氢的化合物提取氢的方法，所述方法包括：将水与所述化合物组合以产生湿形式的化合物；将所述湿形式的化合物移送至反应处理室中；在所述反应处理室内加热所述湿形式的化合物，使得所述湿形式的化合物所包含的元素离解并反应，其中一种反应产物包括氢气；以及提取所述氢气。可以使用氢气和/或液态燃料来生成电能、热或者驱动不同类型的发动机。

Description

用于生产氢或液态燃料的C-O-H化合物处理方法
本申请是申请日为2012年9月18日，申请号为“201280075875.7”，发明名称为“用于生产氢或液态燃料的C-O-H化合物处理方法”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本申请涉及用于生产氢或液态燃料的C-O-H化合物处理方法。
背景技术
已有若干种从纤维素(C6H10O5)提取氢的方法。方法之一致力于使用微生物细菌以及氢氧化钠(NaOH)和催化剂来引起反应，释放纤维素中的氢并且将纤维素中的碳捕获为碳酸钠(Na2CO3)。仍然存在其他需求：开发一种较简便且有成本效益的方法，该方法更一般地并且以如下方式从存在于纤维素类生物质中的所有C-O-H化合物生成氢气，该方式为能够有效使用得到的氢以用于现场使用，用于提纯、封存和分配或者用于使用往复式发动机、涡轮或燃料电池来从反应产物氢气发电。
虽然现有技术中存在各种纤维素类生物质氢提取技术，但仍然存在开发如下替代技术的普遍需求，该替代技术可以是有成本效益的、能量有效的，并且适用于使用氢(包括需求的氢)的应用以及适用于向可以直接燃烧以产生电力和热的富氢气体流的转化。来自有效生成的氢而非化石燃料的热及电力应用适用于减小需要热或电力的其他应用(包括液态生物燃料的生产)的温室气体排放。该需求可以至少部分地通过使用氢的各式各样的应用来推动，上述应用中的一些具有与其他应用相比显著不同的操作条件。满足需求的氢为：应需要生产；能够在生成其的现场获得以使用，从而不需要用于运输其的大量基础设施；并且在大气压以及与现有技术相比较低的温度下生产。
此外，在将纤维素(C-O-H化合物的一个实例)转化成乙醇(分子式：C2H5OH)方面已经进行了大量工作。已知乙醇为存在于酒水中的饮用酒精。乙醇是易燃溶剂并且与水和许多有机溶剂互溶。乙醇的最大用处是作为发动机燃料和燃料添加剂。在美国，最普遍地将乙醇与汽油共混成10％乙醇的共混物。该共混物在遍及美国中西部地区以及1990年《清洁空气法案》关于冬季期间氧化汽油方面有要求的城市中广泛销售。在美国，由谷物生产乙醇所投入的能量所返回的能量为1.34。这意味着与生产乙醇所消耗的能量相比多得到了34％的能量。
虽然在现有技术中确实存在用于从C-O-H化合物生产液态燃料的各种技术，但是仍然存在开发替代技术的普遍需求。该需求可以至少部分地通过利用液态燃料的广泛多样的应用来推动，上述应用中的一些具有与其他应用相比显著不同的操作条件。
发明内容
公开了用于从包含碳、氧和氢的化合物(“C-O-H”)提取氢和/或液态燃料的方法和系统。例如，化合物可以包括纤维素、木质素和/或半纤维素。化合物可以包括含有至少一种C-O-H化合物的废弃物流。可以将水与C-O-H化合物组合以产生湿形式的C-O-H化合物。可以将湿形式的C-O-H化合物移送至反应处理室中。可以在反应室内加热湿形式的C-O-H化合物，使得湿形式的C-O-H化合物的元素离解并反应，其中一种反应产物包括至少氢气和/或液态燃料。一些实施方案可以利用非氧化反应来生产氢和/或液态燃料，例如含水热解(hydrous pyrolysis)反应。可以采用氢气和/或液态燃料来生成电能、热或者驱动不同类型的发动机。
一些实施方案可以提供若干优点。根据各种实施方案从C-O-H化合物生成氢可以涉及可以在包括大气压条件下进行的反应。根据对产物氢的形式的要求，反应温度也可以包括范围从300℃至1200℃的温度。除以水蒸气的形式进行反应之外，实施方案还可以包括将水与液态形式的生物质混合；因而实施方案可以不涉及水转移反应(water shiftreaction)。实施方案还可以使用各种不同材料，包括但不限于纤维素、木质素、半纤维素或上述三者中任一者的组合。一些实施方案可以采用包括C-O-H的其他物料和/或废弃物流，例如废纸、各式各样木材种类的锯末、卡纸板、草料、禾杆、柳枝稷、城市固体垃圾、消毒垃圾、模拟核废料、拆除及建造的木材废料；一般可以将这些各式物料称为废品。仅作为实例，实施方案可以用于通过将H2与CO2和其他副产物分离来生产氢，或者将H2和CO2一起燃烧以用于热、电力、CHP和/或液态燃料生产。
一些实施方案包括用于从包含碳、氧和氢的化合物提取氢的方法。该方法可以包括：将水与化合物组合以产生湿形式的化合物；将湿形式的化合物移送至反应处理室中；在反应室内加热湿形式的化合物，使得湿形式的化合物所包含的元素离解并反应，其中一种反应产物包括氢气；和/或提取氢气。
在一些实施方案中，可以在反应室内加热湿形式的化合物，使得湿形式的化合物所包含的元素可以离解并通过非氧化反应进行反应。非氧化反应可以包括含水热解反应。在反应室内加热湿形式的化合物可以在大气压条件下进行。
化合物可以由碳、氧和氢组成。化合物可以包括纤维素。化合物可以包括木质素。化合物可以包括半纤维素。化合物可以包括含有C-O-H化合物的废弃物流。在一些实施方案中，水包括液态水。
一些实施方案向反应室提供惰性气体流。惰性气体可以包括至少氩气或氮气。可以对所提取的氢气进行处理以生成至少电能或热。可以对所提取的氢气进行处理以生产液态燃料。可以通过燃烧氢气来对所提取的氢气进行处理。可以通过将氢气进料至燃料电池中来对所提取的氢气进行处理。
对氢气进行处理可以包括使反应产物气体通过减压室以去除微量的未反应的碳。对氢气进行处理可以包括使反应产物气体通过水冷室以去除未反应的水。加热湿形式的化合物可以包括将湿形式的化合物加热至700℃和1100℃之间的温度。
可以连续地进行将湿形式的化合物移送至反应处理室中。将湿形式的化合物连续移送至反应器中可以利用减少空气存在的几何结构。
一些实施方案包括一种用于从包含碳、氧和氢的化合物提取氢的系统。该系统可以包括：处理室；与处理室的内部热连通的加热源；设置在处理室内的化合物的源；用于与化合物进行反应的水的源；和/或用于从处理室提取得到的氢气的抽气系统。
处理室和/或加热源可以被构造成在处理室内加热湿形式的化合物使得湿形式的化合物所包含的元素离解并且通过非氧化反应进行反应。非氧化反应可以包括含水热解反应。水的源可以被构造成在处理室外部将水与化合物组合以产生湿形式的化合物。
该系统可以包括传送装置，该传送装置用于将湿形式的化合物传送至处理室中。处理室可以被构造成在大气压条件下操作。
对于该系统，化合物可以由碳、氧和氢组成。化合物可以包括纤维素。化合物可以包括木质素。化合物可以包括半纤维素。化合物可以包括含有C-O-H化合物的废弃物流。水可以包括液态水。
该系统可以包括气体输送系统，该气体输送系统被构造成给处理室提供惰性气体流。惰性气体可以包括至少氩气或氮气。可以对所提取的氢气进行处理以生成至少电能或热。可以对所提取的氢气进行处理以生产液态燃料。可以通过燃烧氢气来对所提取的氢气进行处理。可以通过将氢气进料至燃料电池中来对所提取的氢气进行处理。
在一些实施方案中，用于从处理室提取得到的氢气的抽气系统被构造成使反应产物气体通过减压室以去除微量的未反应的碳。在一些实施方案中，用于从处理室提取得到的氢气的抽气系统被构造成使反应产物气体通过水冷室以去除未反应的水。
在一些实施方案中，至少处理室或加热源被构造成将湿形式的化合物加热至700℃和1100℃之间的温度。一些实施方案包括传送装置，该传送装置被构造成将湿形式的化合物移送至处理室中。传送装置可以被构造成将湿形式的化合物连续地移送至处理室中。这可以利用减少空气存在的几何结构。
一些实施方案包括用于提取氢以用于进一步处理的方法。该方法可以包括：加热湿化合物，使得湿化合物所包含的元素离解并反应以形成至少氢气，其中该化合物包含碳、氧和氢；和/或对氢气进行处理。
加热湿化合物使得湿化合物所包含的元素离解并且通过非氧化反应进行反应以形成至少氢气。非氧化反应可以包括含水热解反应。可以对氢气进行处理以生成至少电能或热。可以对氢气进行处理以生产液态燃料。
在一些实施方案中，化合物由碳、氧和氢组成。化合物可以包括纤维素。化合物可以包括木质素。化合物可以包括半纤维素。化合物可以包括含有C-O-H化合物的废弃物流。
对氢气进行处理可以包括燃烧氢气。对氢气进行处理可以包括将氢气进料至燃料电池中。
一些实施方案可以包括在加热湿化合物之前通过将水与包含碳、氧和氢的化合物混合来形成湿化合物。
一些实施方案包括用于提取氢以用于进一步处理的系统。该系统可以包括：与热源热连通的处理室，该处理室被构造成加热湿化合物，使得湿化合物所包含的元素离解并反应以形成至少氢气，其中化合物包含碳、氧和氢；和/或被构造成处理所述氢气的抽气系统。
与热源热连通的处理室可以被构造成加热湿化合物，使得湿化合物所包含的元素离解并且通过非氧化反应进行反应以形成至少氢气。非氧化反应可以包括含水热解反应。
被构造成处理氢气的抽气系统可以被构造成处理氢气以生成至少电能或热。被构造成处理氢气的抽气系统可以被构造成处理氢气以生产液态燃料。
对于该系统，化合物可以由碳、氧和氢组成。化合物可以包括纤维素。化合物可以包括木质素。化合物可以包括半纤维素。化合物可以包括含有C-O-H化合物的废弃物流。
被构造成处理氢气的抽气系统可以被构造成燃烧氢气。被构造成处理氢气的抽气系统可以被构造成将氢气进料至燃料电池中。
该系统可以包括传送装置，该传送装置被构造成将湿化合物移送至处理室。该系统可以包括室，该室被构造成在与热源热连通的处理室加热湿化合物之前将水与化合物至少混合或组合以形成湿化合物。
一些实施方案包括一种用于从包含碳、氧和氢的化合物生产液态燃料的方法。该方法可以包括：将水与化合物组合以产生湿形式的化合物；将湿形式的化合物移送至反应处理室中；和/或在反应室内加热湿形式的化合物，使得湿形式的化合物所包含的元素离解且反应，其中一种反应产物包括液态燃料。
在反应室内加热湿形式的化合物，使得湿形式的化合物所包含的元素可以离解并且通过非氧化反应进行反应。非氧化反应可以包括含水热解反应。
在该方法的一些实施方案中，化合物可以由碳、氧和氢组成。化合物可以包括纤维素。化合物可以包括木质素。化合物可以包括半纤维素。化合物可以包括含有C-O-H化合物的废弃物流。
在一些实施方案中，液态燃料包括甲醇。在反应室内加热湿形式的化合物可以包括引起反应C6H10O5+6H2O→CH4O+5CO2+9H2。在反应室内加热湿形式的化合物可以包括引起反应C6H10O5+5H2O→2CH4O+4CO2+6H2。在反应室内加热湿形式的化合物可以包括引起反应C6H10O5+4H2O→3CH4O+3CO2+3H2。在反应室内加热湿形式的化合物可以包括引起反应C6H10O5+3H2O→4CH4O+2CO2。
在一些实施方案中，液态燃料包括乙醇。在反应室内加热湿形式的化合物可以包括引起反应C6H10O5+4H2O→C2H6O+4CO2+6H2。在反应室内加热湿形式的化合物可以包括引起反应C6H10O5+H2O→2C2H6O+2CO2。
在一些实施方案中，液态燃料包括丙醇。在反应室内加热湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5+2H2O→C3H8O+3CO2+3H2。
在一些实施方案中，液态燃料包括丁醇。在反应室内加热湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5→C4H10O+2CO2。
在一些实施方案中，液态燃料包括汽油。在反应室内加热湿形式的化合物可以包括引起反应C6H10O5+4C+4H2O→C7Hl6+2CO2。
在一些实施方案中，液态燃料包括柴油。在反应室内加热湿形式的化合物可以包括引起反应C6H10O5+10C+2H2O→C16H24+6CO2。
该方法可以包括提取为另一反应产物的氢气作为最终产物。一些实施方案包括提取为另一反应产物的二氧化碳气体作为最终产物。
一些实施方案包括一种用于从包含碳、氧和氢的化合物生产液态燃料的系统。该系统可以包括至少：处理室；与处理室的内部热连通的加热源；设置在处理室内的化合物的源；用于弄湿化合物的源的水的源；或者用于控制加热源以引起湿的化合物的源进行离解和反应的子系统，其中一种反应产物包括液态燃料。该系统可以包括用于从处理室提取至少液态燃料或得到的气体的抽气系统。
用于控制加热源以引起湿的化合物的源进行离解和反应的子系统可以利用非氧化反应。非氧化反应包括含水热解反应。
在该系统的一些实施方案中，化合物可以由碳、氧和氢组成。化合物可以包括纤维素。化合物可以包括木质素。化合物可以包括半纤维素。化合物可以包括含有C-O-H化合物的废弃物流。
在该系统的一些实施方案中，液态燃料包括甲醇。在反应室内加热湿形式的化合物可以包括引起反应C6H10O5+6H2O→CH4O+5CO2+9H2。在反应室内加热湿形式的化合物可以包括引起反应C6H10O5+5H2O→2CH4O+4CO2+6H2。在反应室内加热湿形式的化合物可以包括引起反应C6H10O5+4H2O→3CH4O+3CO2+3H2。在反应室内加热湿形式的化合物可以包括引起反应C6H10O5+3H2O→4CH4O+2CO2。
在该系统的一些实施方案中，液态燃料包括乙醇。在反应室内加热湿形式的化合物可以包括引起反应C6H10O5+4H2O→C2H6O+4CO2+6H2。在反应室内加热湿形式的化合物可以包括引起反应C6H10O5+H2O→2C2H6O+2CO2。
在该系统的一些实施方案中，液态燃料包括丙醇。在反应室内加热湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5+2H2O→C3H8O+3CO2+3H2。
在该系统的一些实施方案中，液态燃料包括丁醇。在反应室内加热湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5→C4H10O+2CO2。
在该系统的一些实施方案中，液态燃料包括汽油。在反应室内加热湿形式的化合物可以包括引起反应C6H10O5+4C+4H2O→C7Hl6+2CO2。
在该系统的一些实施方案中，液态燃料包括柴油。在反应室内加热湿形式的化合物可以包括引起反应C6H10O5+10C+2H2O→C16H24+6CO2。
在该系统的一些实施方案中，一种得到的气体包括作为最终产物的氢气。一种得到的气体可以包括作为最终产物的二氧化碳气体。
一些实施方案包括用于从包含碳、氧和氢的化合物提取氢的方法。该方法可以包括至少：将化合物的源引入室中；添加水以用于与化合物反应；在室内部加热化合物以将化合物离解成氢气、二氧化碳气体和碳的固体残余物；或者将氢气与所述二氧化碳气体分离。
在室内部加热化合物以将化合物离解成氢气、二氧化碳气体和碳的固态残余物可以利用非氧化反应。非氧化反应可以包括含水热解反应。
该方法的一些实施方案给室提供惰性气体流。惰性气体可以包括至少氩气或氮气。化合物可以包括至少纤维素、木质素、半纤维素或者含有碳、氧和氢的废品。纤维素可以包括纤维素废料。纤维素的源可以包括谷物。纤维素的源可以包括纸。
该方法的一些实施方案处理氢气以生成电能。该方法可以包括在包含空气的处理室中部分地燃烧纤维素直至处理室内部的空气中的氧耗尽。一些实施方案可以涉及大约325℃或以上的用于离解纤维素的室的温度。
一些实施方案可以包括至少：在存在氧的情况下燃烧氢以形成水蒸气并释放能量；或者在存在氧的情况下燃烧碳以形成二氧化碳并释放能量。可以将水蒸气转化成电能。
该方法可以包括将氢气进料至燃料电池中。燃料电池可以将氢气和氧气转化成水以产生热。一些实施方案包括使用氢气来提高汽车发动机效率。
一些实施方案包括用于将纤维素转化成氢的方法。该方法可以包括至少：将纤维素的源引入室中；将水添加至室中以用于与纤维素反应；加热室以生成水蒸气；在水蒸气和纤维素之间引起反应以形成氢气和二氧化碳气体；或者将氢气与二氧化碳气体分离。
反应可以包括非氧化反应。非氧化反应可以包括含水热解反应。可以在存在氧气的情况下燃烧氢气以形成水蒸气并释放能量。可以将水蒸气转化成电能。可以将氢气进料至燃料电池中，燃料电池将氢气和氧气转化成水蒸气并且产生电力和热。在一些实施方案中，可以在包含空气的处理室中部分地燃烧纤维素直至处理室内部的空气中的氧耗尽。
在一些实施方案中，给室提供惰性气体流。惰性气体可以包括至少氩气或氮气。
在一些实施方案中，在大约400℃或以上形成水蒸气。纤维素的源可以包括谷物。纤维素的源可以包括纸。纤维素的源可以包括纤维素废料。
一些实施方案包括用于从包含碳、氧和氢的化合物生产氢的系统。该系统可以包括至少：处理室；与处理室的内部热连通的加热源；设置在处理室内的化合物的源；用于与所述化合物进行反应的水的源；或者用于从处理室提取得到的氢气和二氧化碳气体的抽气系统。
加热源还可以被构造成利用非氧化反应使水的源与化合物反应。非氧化反应可以包括含水热解反应。该系统还可以包括燃烧室，燃烧室被构造成在存在氧的情况下燃烧氢气以释放热能并且形成水蒸气。该系统可以包括用于将氢气转化成电能的燃料电池。
化合物的源可以包括至少谷物或纸。该系统可以包括气体输送系统，该气体输送系统被构造成给处理室提供惰性气体流。惰性气体可以包括至少氩气或氮气。化合物可以在包含空气的处理室中部分地燃烧直至处理室内部的空气中的氧耗尽。
在处理室内可以设置有水的源，以用于使化合物和水反应以形成氢和二氧化碳。化合物的源可以包括纤维素废料。该系统可以包括被构造成处理氢气以产生电能的子系统。
前述内容相当宽泛地概括了根据本公开内容的实例的特征和技术优点，以便于可以使下面的详细描述得到更好地理解。附加特征和优点将在下文中描述。所公开的构思和具体实例可以容易地用作用于修改或设计其他结构以执行本公开内容的相同目的的基础。这样的等同构造未脱离所附权利要求的精神和范围。在结合附图考虑的情况下根据下面的描述将更好地理解被认为是本文所公开的构思的特点(关于其组织和操作方法两者)的特征以及相关优点。提供各附图以用于仅说明和描述目的，并且不作为对权利要求的界限的限定。
附图说明
参照如下附图可以实现对本发明的性质和优点的进一步理解。在附图中，类似的部件或特征可以具有相同的附图标记。此外，相同类型的各种部件可以通过附图标记后面的破折号和在类似部件之中进行区分的第二标记来进行区分。如果在说明书中使用仅第一附图标记，则无论第二附图标记如何，描述可适用于具有相同第一附图标记的类似部件中的任一者。
图1A为根据各种实施方案的用于将C-O-H化合物转换成氢和/或液化气的简化系统的示意图。
图1B为根据各种实施方案的用于将C-O-H化合物转换成氢和/或液化气的简化系统的示意图。
图2为根据各种实施方案的用于将氢在燃烧室中燃烧的简化系统的示意图。
图3为根据各种实施方案的用于通过燃料电池将氢气转换成电能的简化系统的示意图。
图4A为总结根据各种实施方案的用于将C-O-H化合物转换成氢以用于发电的方法的一般方面的流程图。
图4B为总结根据各种实施方案的用于将C-O-H化合物转换成氢以用于发电的方法的一般方面的流程图。
图5为总结根据各种实施方案的从纤维素类生物质提取氢的第一具体方法以及将氢转换成电能的步骤的流程图。
图6为总结根据各种实施方案的从纤维素类生物质提取氢的第二具体方法以及将氢转换成电能的步骤的流程图。
图7为总结根据各种实施方案的用于从C-O-H化合物生产液态燃料的方法的一般方面的流程图。
具体实施方式
公开了用于从包含碳、氧和氢的化合物(“C-O-H”)提取氢和/或液态燃料的方法和系统。例如，化合物可以包括纤维素、木质素和/或半纤维素。化合物可以包括含有至少一种C-O-H化合物的废弃物流。可以将水与C-O-H化合物组合以产生湿形式的C-O-H化合物。可以将湿形式的C-O-H化合物移送至反应处理室中。可以在反应室内加热湿形式的C-O-H化合物，使得C-O-H化合物的元素离解并反应，其中一种反应产物包括至少氢气和/或液态燃料。一些实施方案可以利用非氧化反应来生产氢和/或液态燃料，例如含水热解反应。可以采用氢和/或液态燃料来生成电力、热或者驱动不同类型的发动机。
随后的描述提供仅示例性实施方案，并且非旨在限制公开内容的范围、适用性或构造。而且，示例性实施方案的随后描述将给本领域技术人员提供实现一个或更多个示例性实施方案的可行描述，理解的是，在未脱离所附权利要求所述的本发明的精神和范围的情况下，可以在要素的功能和布置方面作出各种改变。在本文中描述了若干种实施方案，虽然各种特征属于不同的实施方案，但应该理解的是，相对于一个实施方案所描述的特征也可以与其他实施方案结合。然而，由此类推，任何所描述的实施方案的单个特征或特征不应该认为对于发明的每个实施方案是必不可少的，发明的其他实施方案可以省略这样的特征。
在下面的描述中给出具体细节以提供实施方案的透彻理解。然而，本领域普通技术人员之一将理解的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施方案。例如，为了不使实施方案在非必要细节方面不清楚，可以将实施方案中的系统、网络、处理和其他要素示作框图中的部件。在其他实例中，为了避免使实施方案不清楚，可以在没有非必要细节的情况下示出公知的处理、结构和技术。
另外，注意的是，可以将单独的实施方案描述为如下处理，该处理被描述为作业图、流程图、数据流程图、结构图或框图。尽管作业图可以将操作描述为依次的处理，但是操作中的许多操作可以并行地或同时地执行。另外，操作的次序可以重新安排。在处理操作完成的情况下，可以终止处理，但也可以包括附图中未讨论或包括的附加操作。此外，不是所有的在任何具体描述的处理中的操作可以在所有的实施方案中进行。处理可以对应于方法、功能、制程、子路线、子程序等。在处理对应于功能的情况下，处理的终止对应于功能返回请求功能或主功能。
此外，实施方案可以至少部分地手动或自动地实现。可以通过使用机器、硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其任意组合来执行或至少辅助手动或自动实现。在以软件、固件、中间件或微代码的形式实现的情况下，用于执行必要任务的程序代码或代码段可以储存在机器可读取媒介中。一个或多个处理器可以执行必要任务。
为了仅说明的目的，在本文中将描述包括纤维素、半纤维素和木质素及其组合的纤维素类生物质(也称为木质纤维素)成分的某些具体反应作为所公开的方法和处理可以如何实现的实例。然而，发明人已经发现上述技术可容易地更一般地适用于C-O-H化合物，并且使用这些成分或其组合中的任一种的说明非旨在以任何方式限制本发明的范围。
不同的实施方案可以包括生物质成分的不同组合。例如，可以使用纤维素、木质素和/或半纤维素的组合。许多生物质物料在其组成材料方面可以具有纤维素、木质素、半纤维素和/或微量矿物质的混合物中的一种或更多种。因而上述化学组成可以支配将物料处理成氢和CO2以及微量气体的处理气体流。一些实施方案可以采用包含C-O-H的物料，例如，废纸、各式各样木材种类的锯末、卡纸板、草料、禾杆、柳枝稷、城市固体垃圾、消毒垃圾、模拟核废料、拆除及建造木材废料；一般可以将这些各式物料称为废品。
一些实施方案可以采用进料可以为木质纤维素物料和水的共混物的含水热解。这可以与现有的合成气体生产技术中的许多技术在可以将反应组合成单个步骤的优点方面具有相似性，可以产生含氢气多的混合物，该处理可以非常耐受投入物料中的水分，并且得到的气体流可以在内燃机中直接燃烧。
例如，木质纤维素物料的生物化学组成可以具有三种主要成分：纤维素、木质素和半纤维素。不同的物料(可以包括但不限于硬木、软木、草、果实)可以具有这些三种主要种类的成分的不同相对量。下面根据各种实施方案提供可以用于计算如下内容的方法：为了使固态碳废料和一氧化碳的生成最小，物料的各成分所需的水的比率。在反应中使用预定量的水可以生成可以直接在往复式发动机中燃烧的气体产物混合物，并且可以使用于生物氢生产的氢分子的生成最大化。
对于一些实施方案，含水热解处理所驱动的一般反应种类可以被描述为：
CxHyOz+(2x-z)H2O＝xCO2+(2x+y/2-z)H2
所以对于待完全转化成CO2和H2的每摩尔木质纤维素成分，所需的水的摩尔数可以被描述为2x-z。
木质纤维素材料的生物化学成分中的主要结构和用于完全反应的水可以为如下并且仅提供为实例：
对于成分重量百分比为纤维素C％、木质素L％、葡甘露聚糖G％和木聚糖X％的生物质物料，待添加至单位质量干燥投入物料质量的水的质量MW可以为：
MW＝{0.7778C+[18(16+n)/(150+31n)]L+0.79G+1.37X]}MF
仅作为实例，对于纤维素45％、n＝1,2的木质素30％、葡甘露聚糖2％和木聚糖23％的硬木，为了完全反应，水与绝对干燥纤维素物质的重量百分比可以为117.59％。
对于具有W％重量百分比的水的不是绝对干燥(常规情形)的投入物料，总传送的物料MT中存在的纤维素物料的干燥质量MF可以被描述为：
MF＝(1-W)MT
所以对于传送的W重量百分比的水的物料质量MT，待添加的剩余的水的质量MA可以为：
MA＝MW-W MT
＝MT(1-W)(0.7778C+[18(16+n)/(150+31n)]L+0.79G+1.37X])-W MT
＝MT{(l-W)(0.7778C+[18(16+n)/(150+31n)]L+0.79G+1.37X])-W}
在一些实施方案中，物料可以通过最终元素分析来表征，而非以上部分中所使用的生物化学组成。在这种情况下，物料中存在的化学元素的重量百分比可以通过分析来提供。如果可以以这种方式来提供信息，则下面提供了进行分析的松树锯末的实例：
化学元素 重量百分比(干燥)
C 51.3
H 6.13
O 42
N .12
S .02
Cl .07
F -
Br -
总共 99.64
因为有价值的反应中的参与物主要是C、H和O，并且因为这些元素超过了物料的干燥质量的99％，所以在确定添加至投入物料的水的质量时可以仅考虑这些元素。对于具有碳为％C、氢为％H并且氧为％O的干燥质量重量百分比的投入物料，并且在使用CxHyOz的原型分子的情况下，有价值的反应可以被描述为：
CxHyOz+(2x-z)H2O＝xCO2+(2x+y/2-z)H2
所以对于待完全转化成CO2和H2的每摩尔木质纤维素成分，所需的水的摩尔数为2x-z。
为了使用最终元素分析来找到x、y和z的值，对于摩尔质量为1g/摩尔的投入物料，可以进行下面的计算：
x＝％C/质量(C)
y＝％H/质量(H)
z＝％O/质量(O)
使所有的碳原子反应成二氧化碳所需的水的摩尔数为2x-z，这可以表示成：
摩尔(H2O)＝2％C/质量(C)-％O/质量(O)
因而相对于干燥投入物料质量，待添加的水的质量百分比MW可以为：
MW＝[质量(H2O)x(2％C/质量(C)-％O/质量(O))]MF
对于松树锯末的实例物料，等式计算为：
摩尔(H2O)＝.085-.02625＝0.05875
质量(H2O)＝18.
MW＝1.0575MF
对于具有W％重量百分比的水的没有绝对干燥(常规情形)的投入物料，总传送的物料MT中存在的纤维素物料的干燥质量MF可以被描述成：
MF＝(1-W)MT
所以对于W重量百分比的水的物料的传送质量MT，剩余的待添加的水的质量MA可以为：
MA＝MW-W MT
＝MT(1-W)[质量(H2O)x(2％C/质量(C)-％O/质量(O))]-W MT
＝MT{(l-W)[质量(H2O)x(2％C/质量(C)-％O/质量O))]-W}
仅作为实例，对于1吨25％的水分含量的松树锯末，待添加的水的质量可以为：
MA＝1(0.75(1.0575)-.25)
＝0.543吨
所以对于投入的传送物料的吨数，可以有750kg的干物料和250kg的水。例如，通过添加543升的水(543kg)，水的总质量可以为793kg，或者是物料的投入干燥质量的105.73％，确保了在热解处理中所有的碳可以被反应成二氧化碳。
将纤维素转化成氢的反应1
纤维素的分子式为C6H10O5。一个可能的反应是纤维素在惰性气体氛围中或存在最少量气体的情况下在加热时离解以释放H2O并且生成碳残余物。该反应可以通过如下描述：
C6H10O5→6C+5H2O
然而，开始时发明人研究碳化棉花以产生碳纤维，将约15kg的棉花引入加热室。在加热循环结束时，留下约3kg的碳化棉花。不解的是，实验时碳含量的平均产出为20％-25％。
对该实验中的该观察的进一步理解引出了本发明。如果碳消耗了纤维素中所有的氧来形成二氧化碳(CO2)，则该反应可以通过如下描述：
2C6H10O5→5CO2+7C+10H2
因此，剩余的碳可以如下所示通过使用分子重量来计算：
(7摩尔x碳的Mr)/(2摩尔x纤维素的Mr)＝(7xl2)/(2xl62)＝26％
另外，如果碳消耗纤维素中所有的氧来形成一氧化碳(CO)，则该反应可以通过如下定义：
C6H10O5→5CO+C+5H2
剩余的碳可以如下来估计：
碳的Mr/纤维素的Mr＝12/162＝7％
因此，有可能纤维素加热(热解)期间的主要反应可以得到CO和CO2的混合物，其中在混合物中CO2为主要的。因此，在惰性气体中加热的纤维素可以引起如下化学反应：
2C6H10O5→5CO2+7C+10H2 (反应1a)
燃烧氢以形成水以及燃烧碳以形成二氧化碳的附加反应被定义为如下：
2H2+O2→2H2O (反应lb)
C+O2→CO2 (反应lc)
热化学通常研究化学反应期间发生的能量变化。如果能量在体积不变且不做功的情况下转变成热，则产生的内能的改变等于所转变的热。对于与任何处理无关的特定状态变化ΔU，通过第一热力学定律定义，(ΔU)v＝qv。如果能量在压力不变的情况下转变成热，则所转变的能量的量可以与焓的变化相同。因此，只要没有做其他功，则ΔΗ＝qp。伴随反应的焓变化称为反应焓(ΔΗ)。形成焓为化合物由其元素形成时的反应焓。对于具有若干反应物和产物的反应，焓变化ΔΗ指的是如下整个过程：
(未混合的反应物)→(未混合的产物)
ΔΗ>0的反应称为吸热的；ΔΗ<0的反应称为放热的。
下面的表列出化合物例如二氧化碳(CO2)、水(H2O)和纤维素(C6H10O5)的形成焓以及化合物的每摩尔分子重量。该表还列出了化合物的比热和水的蒸发焓。表中提供的这样的数据用于计算加热纤维素并且在高温形成水蒸气所需的能量。
现在参照反应1a，通过使用形成焓，2摩尔纤维素的能量释放可以被估计为如下：
ΔΗ1＝5(-393.5)-2(87.2)＝-2141.8kJ
如果在反应1b中燃烧剩余的氢以形成水，则2摩尔纤维素释放的附加能量可以计算成：
ΔΗ2＝10(-241.8)＝-2418.3kJ
因此，2摩尔纤维素的能量释放可以为ΔΗ＝ΔΗ1+ΔΗ2＝-4560.1kJ
因而在反应1a和反应1b中1摩尔纤维素的能量释放为-2280kJ/mol。
如果需要92kJ/mol的能量来加热纤维素，如其可以使用如下等式通过纤维素的比热Cp和温度变化来计算：
ΔU＝CpΔΤ＝230J/K/mol*400K＝92000J/mol＝92kJ/mol
那么，在惰性气体中燃烧的纤维素的净能量释放可以为：
ΔΗ3＝-2280+92＝-2188kJ/mol＝-2188/162kJ/g＝-13.51kJ/g
另外，可以潜在地燃烧1摩尔纤维素的3.5摩尔的碳(或3.5*12＝42克碳)的残余物以形成二氧化碳并释放附加的能量，该能量可以为：
ΔΗ4＝-3.5*393.5＝-1377.3kJ/mol＝-1377.3/162kJ/g＝-8.5kJ/g纤维素的总能量释放可以通过如下估计：
ΔΗ4+ΔΗ3＝-13.51-8.5＝-22.0kJ/g
发明人已经通过使用代替氩气的氮气来取代空气进行了实验，原因是氮气比氩气成本低。然而，在将气体从氩气换成氮气的情况下，碳的平均产出可以从20％-25％降至17％，这可能是由于CN的形成，或者可能是氮气不能取代氧气以及氩气。无论如何，一些实施方案可以采用不同的惰性气体来取代系统内的空气中的一些或全部。
用于从纤维素生成氢的含水热解
用于通过给纤维素添加水并且加热该组合物来从纤维素生成氢的可能反应可以通过如下定义：
C6H10O5+7H2O→6CO2+12H2 (反应2a)
在一些实施方案中，可以将组合物加热至约1000℃。该含水热解反应引起氢的生成。在一些实施方案中也可以采用其他非氧化反应来生成氢。可以通过如下定义氢在氧中随后燃烧：
2H2+O2→2H2O (反应2b)
在反应2a中，反应的净焓可以计算为1241kJ/mol。
在考虑反应2b中燃烧的氢时，可以释放如下能量：
ΔΗ＝12(-241.8)＝-2902kJ/摩尔。
因而净能量生成为1661kJ/摩尔纤维素。对于所消耗的每克纤维素，可以释放如下能量：
ΔΗ＝3108kJ/162g纤维素
＝10.25kJ/g纤维素通过将经由CHyP反应从纤维素生成的氢燃烧而释放的净热能可以被描述成：
(10.25kJ/g)(l000000g/吨)(l兆瓦时/3600000kJ)＝2.84兆瓦时/吨
以上分析可以示出有利地工作的不同实施方案的热力学。因而实施方案可以解决在气化领域中视作问题的许多问题。
例如，一些实施方案可以提供有利于在从家庭单位规模至商用发电的非常广的范围上的可扩展性的简化设计。一些实施方案可以致力于引起易于使气化技术无效的热损失的热问题。尽管一些实施方案可以产生多余的热，可以考虑损失至环境和通过排出气体损失的热。因为发热性质，从输入能量出来的热能的杠杆率(leverage)可以超过10。
一些实施方案可以优化使焦油产生以及CO和CxHy最小。对于一些实施方案，含水纤维素可以是有益的，没有如要求干物料以使水含量最小的多数生物质能量过程的能量消耗问题。许多实施方案中的物料可以无需在处理前进行干燥。通过在一些实施方案中生成需求的氢，可以在没有通常与氢有关的困难(主要是存储和分配问题)的情况下实现氢的益处。因为产生的气体包含CO2，所以对氢的稀释可以通过降低火焰温度和速度而切实有益于在一些实施方案中在内燃机中的燃烧，以及随后的NOx污染物的降低。燃烧产物气体所产生的火焰可以包含使通常不可见的火焰可见的少量CxHy和CO，在一些实施方案中赋予了操控安全性。
在一些实施方案中，纤维素类生物质中的木质素和/或半纤维素也可以用作氢的有效源。由于这些可以为来自若干源的废品，具体地，纤维素至乙醇的生产，使用本文中所述的处理，这可以是可再生能源图景的有效补充。
用于从木质素生成氢的含水热解
木质素具有公称成分：C9H10O2(OCH3)n其中n为比率MeO:C9，该比率为木质素中甲氧基团与苯丙醇基团的比率。仅作为实例，n的值对于软木和纸可以为约0.94；对于草可以为约1.18；以及对于硬木可以为约1.4。利用等价性重写木质素分子式可以得到如下结果：
C9H10O2(OCH3)n＝C9+nH10+3nO2+n
根据各种实施方案，CHyP氢生成器可以驱动如下反应：
C9+nH10+3nO2+n+(16+n)H2O＝>(9+n)CO2+(21+2.5n)H2(反应3a)
仅作为实例，对于n＝1的情况，这对应于给木质素添加足够的水以将湿化合物的成分变为62.8％的水。
该反应在1000℃的输出温度下的净焓可以描述为：
(9+n)(-393.5)+(21+2.5n)(29.1)+1592+(16+n)(285.8)＝2008-34.95n kJ/mol
然而，在考虑氢燃烧时，可以释放如下能量：
ΔΗ＝21+2.5n(-241.8)＝-5078-605n kJ/摩尔
因而对于n＝1的情况，仅作为实例，净能量生成为5683-1973＝3710kJ/摩尔木质素。对于消耗的每克木质素，可以释放如下净能量：
ΔΗ＝3710kJ/181g木质素＝20.5kJ/g木质素通过燃烧经由该反应从木质素产生的氢而释放的净热能可以描述为：
(11kJ/g)(l000000g/吨)(l兆瓦时/3600000kJ)＝3.05兆瓦时/吨
用于从半纤维素生成氢的含水热解
在一些实施方案中，木质纤维素物料中的半纤维素也可以用作氢的有效源。半纤维素为由糖构成的多糖，其可以包括但不限于葡萄糖、木糖、甘露糖、半乳糖、鼠李糖、树胶醛醣和葡甘露聚糖。这些糖构体的化学式可以描述为C5H10O5和C5H12O6。北美木质纤维素生物质中的通用半纤维素材料包括木聚糖(C17H36O8)和葡甘露聚糖(C35H49O29)。因为许多半纤维素多糖的精确的键离解能量可以取决于其精确的化学组成和环境，所以在下面的分析中可以使用纤维素的平均值(称重的质量)。
来自木聚糖的氢
木聚糖的化学式可以描述为C17H36O8并且一些实施方案所驱动的反应可以描述为：
C17H36O8+26H2O＝17CO2+44H2
仅作为实例，这对应于将足够的水添加至木聚糖以使湿化合物的组成变成56wt％的水。一些实施方案可以涉及产生具有不同水百分比的湿化合物。
该反应在1000℃输出温度下的净焓可以为3854kJ/mol。
然而，在考虑氢燃烧时，可以释放如下能量：
ΔΗ＝44(-241.8)＝-10640kJ/摩尔
净能量生成可以为10640-3854＝6786kJ/摩尔木聚糖。对于消耗的每克木聚糖，可以释放如下能量：
ΔΗ＝6786kJ/368g木聚糖
＝18.44kJ/g木聚糖
通过燃烧经由CHyP反应从木聚糖产生的氢而释放的净热能可以描述为：
(18.44kJ/g)(l000000g/吨)(l兆瓦时/3600000kJ)＝5.12兆瓦时/吨
来自葡甘露聚糖的氢
葡甘露聚糖的化学式可以描述为C35H49O29并且通过一些实施方案驱动的反应可以描述为：
C35H49O29+41H2O＝35CO2+65.5H2
仅作为实例，这对应于将足够的水添加至葡甘露聚糖以使湿化合物的组成变成44.13wt％的水。一些实施方案可以包括产生具有不同水百分比的湿化合物。
该反应在1000℃输出温度下的净焓可以为6885kJ/mol。
然而，在考虑氢燃烧时，可以释放如下能量：
ΔΗ＝65.5(-241.8)＝-15840kJ/摩尔。
净能量生成可以为15840-6885＝8955kJ/摩尔葡甘露聚糖。对于消耗的每克葡甘露聚糖，可以释放如下能量：
ΔΗ＝8955kJ/933g葡甘露聚糖
＝9.6kJ/g葡甘露聚糖
通过燃烧经由CHyP反应从葡甘露聚糖产生的氢而释放的净热能可以为：
(9.6kJ/g)(l000000g/吨)(l兆瓦时/3600000kJ)＝2.67兆瓦时/吨
仅作为实例，下面的表提供了以生物化学成分计从生物质物料得到的氢和能量的产出：
对于一些实施方案，可以使用如下等式来确定对于C％纤维素、L％木质素、X％木聚糖和G％葡甘露聚糖的投入木质纤维素生物质所得到的期望的氢的产出的表达式：
Mass(H2)＝{0.148C+[(21+2.5n)/(150+31n)]L+.239X+.14G}质量(干物料)
仅作为实例，对于C＝.47、L＝.3、X＝.18、G＝.05且n＝1.3的杂交杨木，
质量(H2)＝0.148(.47)+0.127(.3)+.239(.18)+.14(.05)
＝0.158质量(干物料)
净能量产出＝10.25(.47)+20.5(.3)+18.44(.18)+9.6(.05)
＝14.77kJ/干物料的克数
仅作为实例，对于C＝.41、L＝.27、X＝.27、G＝.05且n＝l的阿拉莫(Alamo)柳枝稷，
质量(H2)＝0.148(.41)+0.13(.27)+.239(.27)+.14(.05)
＝0.167质量(干物料)
净能量产出＝10.25(.41)+20.5(.27)+18.94(.27)+9.6(.05)
＝15.33kJ/干物料的克数
一些实施方案可以采用包含C-O-H的各种其他物料材料。物料的范围可以包括但不限于废纸、各式各样木材种类的锯末、卡纸板、草料、禾杆、柳枝稷、城市固体垃圾、模拟核废料、拆除及建造木材废料。一些实施方案可以采用消毒垃圾。在一些实施方案中，可以在几乎没有能量或效率损失的情况下马上对材料进行改变。
仅作为实例，被处理的材料例如接合有生物碳中的任何有毒材料的拆除及建造木材废料，在将有毒材料束缚成在没有高代价的过滤阻碍的情况下能够安全处置时，可以引起上述拆除及建造木材废料的废弃物流上的>90％的降低。另外可以在没有产生硫化氢的情况下处理包含硫的生物质物流，使得系统在处理比常规范围更广的范围的材料方面特别有用。例如，在一些实施方案中可以处理汽车轮胎。通过用于束缚氯的附加处理控制，可以处理PVC材料。可以采用的其他材料包括但不限于：所有的木材种类；所有的塑料；来自棕榈油生产、甘蔗生产的废料；谷物秸秆；和/或包括最终肥料的基本任何生物质材料。
一些实施方案提供了用于从包含碳、氧和氢的化合物生产液态燃料的方法和系统。收集到液态燃料，但在一些实施方案中该方法和系统的副产品包括也可以被收集并用在能源生产中的分子氢的产生。
仅用于说明目的，在本文中描述涉及纤维素的某些具体反应来作为所公开的方法和处理可以如何实现的实例。然而，技术可以更一般地容易地可适用于C-O-H化合物并且使用纤维素的说明非旨在以任何方式限制本发明的范围。例如，技术可以容易地可适用于C-O-H化合物例如包括半纤维素和木质素以及纤维素及其组合的纤维素类生物质(也称为木质纤维素)。也可以采用其他C-O-H化合物，例如废弃物流。
可以用在实施方案(C-O-H化合物例如纤维素或者其他C-O-H化合物)中的反应的实例可以包括但不限于如下。
甲醇的生产
C6H10O5+6H2O→CH4O+5CO2+9H2
C6H10O5+5H2O→2CH4O+4CO2+6H2
C6H10O5+4H2O→3CH4O+3CO2+3H2
C6H10O5+3H2O→4CH4O+2CO2
乙醇的生产
C6H10O5+4H2O→C2H6O+4CO2+6H2
C6H10O5+H2O→2C2H6O+2CO2
丙醇的生产
C6H10O5+2H2O→C3H8O+3CO2+3H2
丁醇的生产
C6H10O5→C4H10O+2CO2
汽油的生产
C6H10O5+4C+4H2O→C7Hl6+2CO2
柴油的生产
C6H10O5+10C+2H2O→C16H24+6CO2
在一些实例中，以上反应可以使用将水添加至一种或更多种C-O-H化合物例如纤维素，并且可以通过提供湿形式的纤维素来进行。在其他实例中，与纤维素一起提供碳源作为反应物之一。一些实施方案也可以生成生物油作为液态燃料。
用于从C-O-H化合物提取氢或液态燃料并且转化成发电或生热的系统
从生物质的能源生产通常采用如下三种方法中之一：直接燃烧生物质以用于生热和/或发电，生物质的热解气化以用于燃烧来生热和/或发电，或者将生物质转化成液态燃料以用于以后燃烧。这些方法中的许多方法开始于合成气体的生产，并且一些方法使用水移反应来增强反应，尤其是用于液态燃料的生产。
生物质经济十分有利，以至于在美国目前使用11GW的发电量。然而，采用汽化和平均生物质作物的安装产能的量为20MW，效率为约20％(某比某(what-to-what))。操作趋势是更大的种植规模以提高效率。
另外，存在尝试从纤维素提取氢的若干研究团队。这些努力主要基于(a)微生物消化和(b)使用NaOH和催化剂以促进释放氢并且将碳捕获为碳酸钠的反应。更广泛的努力正在若干实验机构中扩展以将纤维素处理成乙醇。
食品加工、木材加工和纸加工领域中的许多公司有对于他们的主要事业几乎无价值或有负面价值的大量处理副产品。同时，工业领域的电力成本每年增长5％，而且在二氧化碳排放限值逼近的情况下，预计这种增长速率在未来十年会更加快速地增加。许多处理副产品不得不以某种方式处理掉，产生倾倒费或其他处理费用。
可供分散式发电使用以减轻设备能源成本的选择常常不是足够经济以显著影响设备的能源预算或者对减少废弃物流产生影响。在一些情况下，直接燃烧废品用于生成用于处理的热和蒸汽，但得不到一般的经济可再生能源发电。在实施30％的联邦投资税收抵免之后，光伏发电的成本为约$200/MWh，而且使用用于热电结合系统的柴油发电机使公司面临柴油燃料的燃料价格波动，增加了国家能源依赖性。最经济的系统是通过天然气加燃料的热电联产(CHP)系统，并且这些系统在大的机构建筑(例如大学、学校和医院)中最为常用。对于工商设施，与处理用热需求分开的经济发电的能力会开创大量市场机会。
根据各种实施方案，可以涉及用于将纤维素类生物质转化氢的两步处理。一些实施方案包括与在科学文献常见或可商业化的现有技术处理不同的新型含水热解处理。在一个方面，该处理可以适用于纤维素类生物质的成分中的多数成分，包括纤维素、半纤维素和木质素部分。
为了该处理而开发的清洁能源系统可以包括用于用户处分布发电的气化器。该系统可以将纤维素类生物质转化成可以直接燃烧以产生热和/或电力的富氢气体流。仅作为实例，在500kW至5MW的功率范围内，可以将这些系统出售给具有纤维素类生物质废弃物流例如木材废料、农业副产品和废纸的商业用户。其他用户可以包括但不限于社区规模的单独发电体以及寻求可负担的现场可再生能源选择的机构。
仅作为实例，对于仅12kW的输入热解功率，根据各种实施方案的气化器的操作雏形可以以最高达450kWth(热)的速率从多个纤维素源生成氢的连续输出流。所产生的气体混合物可以包含65％的氢、30％的二氧化碳和5％的其他成分，并且该雏形直接供应以9kWe(电)运行的发电机。该系统所产生的气体在能源含量方面可以比其他热解气体高，并且该处理是碳中性的，以水蒸汽作为主要排放成分。
仅作为实例，一些实施方案可以包括多个阶段，上述多个阶段可以涉及提供物料至最终实现发电。实施方案可以包括热解系统(纤维素类生物质至氢的热解系统或CHyP系统)，该热解系统可以应发电和产热的需要从生物质生成富氢气体流。测量的气体流的组成(65％的氢；30％的二氧化碳；以及5％的灰、焦油和碳氢化合物)可以适用于在往复式发动机中燃烧以用于发电。该气体流可以在从机械地及化学地制备的纤维素废料或生物质进行的单个处理步骤中形成，并且在去除灰和焦油之后，将气体进料至内燃(IC)发动机中。气体流中存在CO2可以非常有益于该应用，因为CO2可以用作缓冲气体，使温度保持在IC发动机的特定温度范围内。如果气体流与此相比具有较多的可燃元素，则在发动机中得到的温度将上升至会生成增多的NOx排放的水平并减少发动机的寿命。
对于一些实施方法尤其重要的方面可以是在小规模(例如，500kW至5MW)下从物料生成氢以用于分散式应用的能力。多数其他纤维素或生物质生成方法仅可以在大规模下经济地操作。以任意规模操作的能力可以应对不适用当前方法的应用。潜在的市场机会可以包括但不限于：住宅：热、电或热电联产(CHP)系统；商用电力：电或地区CHP；氢供应：氢气；工业：热、电或CHP；商业：热、电或CHP。
实施方案可以包括简化设计，该简化设计可以促进从分散式发电规模至商用发电的可扩展性。由于整体处理的发热性质，相对于引起热损失的致力于热问题的现有领域气化技术，从输入功率输出的热能的杠杆率可以超过20的因子。输入生物质部分的增加的灵活性可以产生自处理和设备对水的耐受。处理和设备的有利附带作用可以是使焦油的排放最小。在现场产生氢的情况下，在一些实施方案中可以在没有存储和分配问题的困难的情况下实现氢的益处。因为CHyP合成气可以包含30％的CO2，所以H2的稀释可以引起适合于现有内燃机的燃烧温度，使得NOx排放保持在可接受限制内并且没有使发动机部件劣化。
一些实施方案的处理和热解单元可以产生氢合成气，该氢合成气可以用于将氢混合作为容易消耗的气体供应至应用。氢合成气可以在内燃机中燃烧以生热或发电。该发电应用可以用于从纤维素类生物质例如柳枝稷提供电力以用于集成生物炼制操作，提高了得到的燃料的嵌入式排放平衡。仅作为实例，所产生的电可以用在生物炼制工厂或以与在集成生物炼制中的所有操作所使用的量至少相等的量计量回电网。因为氢可以根据需要生成，所以对于一些实施方案可以不需要氢存储从而没有高压氢存储问题。
一些实施方案可以包括在CHyP氢发生器端部处的冷凝器以捕获任何多余的水和焦油，一些实施方案可以采用该设计以生成液态燃料。一些实施方案可以能够产生醇，其中可以控制反应以产生选择的醇。
包括氢提取方法的一些实施方案的主要有吸引力的特征可以是气化器设计的简化和连续的、允许可重现的结果，并且可以容易扩展的过程。另外，对CHyP处理和设备的现有开发已经得到增强结果的质量和可重现性的良好设计的进料速率技术。最初可以采用用于物料的筛分和研磨处理来生产准备的物料以用于CHyP传送装置，但开发的处理可以良好地转变以用在纤维素类生物质至液态燃料(CeLF)反应器中。
通过图1A提供根据各种实施方案的用于将C-O-H化合物转化成氢和/或液态燃料的简化系统100-a的总体概述。系统100-a可以包括：室102-a；与室102-a热连通的加热系统110-a；用于将惰性气体提供至室102-a中的可选供气线114-a；用于待通过使用阀108-a添加至室102-a的水的供水线106-a；用于使产物气体(例如H2和CO2，取决于所使用的具体化合物)退出室102-a以流入可选气体分离器120-a的抽气线118-a；以及控制器112-a。C-O-H化合物104-a可以被设置在室102-a内。发现可以适用于根据各种实施方案的方法的C-O-H化合物104-a的实例包括但不限于纤维素源、半纤维素和/或木质素源。C-O-H化合物可以包括含有C-O-H化合物的废弃物流。如下面进一步所述，一些处理可以使用惰性气体，并且控制器102-a可以通过使用阀116-a来控制何时连续地给室102-a吹入惰性气体。控制器112-a还可以控制加热系统110-a提供室需要的使C-O-H化合物104-a在室102-a内的环境中离解的高温。控制器112-a还可以控制弄湿的物料送入室102-a中的速率。控制器112-a还可以控制加热系统110-a的温度来将弄湿的物料中的水转变成水蒸气并且加热C-O-H化合物104-a以引起C-O-H化合物104-a与水进行化学反应。气体分离器120-a可以用于在气体(H2、CO2)退出室102-a之后使反应的产物(例如，H2和CO2气体以及可能的其他反应产物)分离。
在生物质处理期间，系统100-a可以在大气压至非常轻微的正压——最高达约10托的正压力——下运行。这可以用于使系统中的泄露最小并且充分减小了压力升高事件的风险。在一个实施方案中，系统在约7托的正压力下运行。
在一些实施方案中，供水线106-a可以被构造成在将C-O-H化合物引入室102-a之前使得水可以与C-O-H化合物组合以产生湿形式的化合物。一些实施方案可以包括可以用于将湿化合物移送至室102-a中的传输机制(未示出)。
在一些实施方案中，反应产物可以包括可以后续适用于收集的如上所述的液态燃料。在一些实施方案中，可以提取氢气和/或二氧化碳气体作为最终产物。
在产生氢气作为最终产物的一些具体实施方案中，氢气可以后续被进一步用于通过不同系统发电或产热，或者可以作为提纯气体封存以用于销售和分配。在具体实施方案中，不存在用于提供惰性气体的供气线114-a。在这样的情况下，送入室102-a中的弄湿的物料中的微量的夹带空气可以与C-O-H化合物104-a反应以产生水和二氧化碳。
通过图1B提供根据各种实施方案的用于将C-O-H化合物转换成氢和/或液态燃料的另一简化系统100-b的总体概述。系统100-b可以包括：室102-b；与室102-b热连通的加热系统110-b；用于将惰性气体提供至室102-b中的可选供气线114-b；用于在进料斗或室122-b内将水加入至C-O-H化合物或与C-O-H化合物混合的供水线106-b；用于使产物气体(例如H2和CO2，取决于所使用的具体化合物)退出室102-b以流入可选气体分离器120-b的抽气线118-b；和/或控制器112-b。湿C-O-H化合物104-b可以被设置在室102-b内。室122-b可以被构造成混合室和/或组合室，其中可以将水与化合物混合和/或组合来形成湿形式的化合物。发现可以适用于根据各种实施方案的方法的C-O-H化合物104-b的实例包括但不限于可以被弄湿的纤维素、半纤维素的源和/或木质素源。C-O-H化合物可以包括含有C-O-H化合物的废弃物流源。如下面进一步所述，一些处理可以使用惰性气体，并且控制器102-b通过使用阀116-b来控制何时连续地给室102-b吹入惰性气体。控制器112-b还可以控制加热系统110-b以提供室所需要的使C-O-H化合物104-b在室102-b内的环境中离解的高温。控制器112-b还可以控制弄湿的物料送入室102-b中的速率。在一些情况下可以使用阀117。控制器112-b还可以控制加热系统110-b的温度来将弄湿的物料中的水转变成水蒸气并且加热C-O-H化合物104-b以引起C-O-H化合物104-b与水进行化学反应。气体分离器120-b可以用于在气体(H2、CO2)退出室102-b之后使反应的产物(例如，H2和CO2气体以及可能的其他反应产物)分离。
在生物质处理期间，系统100-b可以在大气压至非常轻微的正压——最高达约10托的正压力——下运行。这可以用于使系统中的泄露最小并且充分减小了压力升高事件的风险。在一个实施方案中，系统在约7托的正压力下运行。
在一些实施方案中，供水线106-a可以被构造成在将C-O-H化合物引入室102-b，例如在进料斗或室122中之前使得水可以与C-O-H化合物组合以产生湿形式的化合物。一些实施方案可以包括可以用于将湿化合物移送至室102-b中的传输机制。一些实施方案可以利用重力来帮助弄湿的物料移送至室102-b中。在一些情况下，可以将弄湿的物料手动地移送至室102-b中。
在一些实施方案中，反应产物可以包括可以后续适用于收集的如上所述的液态燃料。在一些实施方案中，可以提取氢和/或二氧化碳气体作为最终产物。
在产生氢气作为最终产物的一些具体实施方案中，氢气可以后续被进一步用于通过不同系统发电或产热，或者可以作为提纯气体封存以用于销售和分配。在具体实施方案中，不存在用于提供惰性气体的供气线114-b。在这样的情况下，送入室102-b中的弄湿的物料中的微量的夹带空气可以与C-O-H化合物1044-b反应以产生水和二氧化碳。
用于氢燃烧以发电和或产热的技术是本领域已知的。通过引用将George Roters、Helmut Sommer、Genrih Erlikh和Yehuda Pashut的题为“Method and Apparatus for theProduction of Process Gas That includes Water Vapor and Hydrogen Formed byBurning Oxygen in a Hydrogen-Rich Environment”的美国专利申请第US/7,144,826B2号的全部内容并入本文以用于所有目的。
为了说明的目的，在图2中提供了用于氢燃烧的简化示例性系统200。系统200包括：燃烧室230；用于引发氢在氧中燃烧以形成水蒸气238并且产生热的燃烧器236；用于将H2提供至燃烧室230中的H2气供应线；用于将O2或空气提供至燃烧室230中的供气线；用于使水蒸气流238退出燃烧室230的抽气线240；以及惰性气体供应线242，在使用这样的惰性气体的实施方案中，该惰性气体供应线242用于在将H2引入燃烧室230之前提供惰性气体以冲洗燃烧室。氢气234与氧气232的比例可以被设置成使得氢可以在氧中彻底燃烧。可以通过现有技术中已知的若干技术中的任何技术来将水蒸气238在转化器240中转化成电能。通常，仅作为实例，可以使用含氧气体例如尤其是NO或O3来替代氧。注意，在具体实施方案中，不存在用于提供惰性气体的供气线242。在这样的情况下，室230内部的空气可以与C-O-H化合物反应以生成水和二氧化碳直至空气耗尽。
在燃烧室填充有氢234之后，可以触发加热系统236并且马上将氧232引入室内。在燃烧室230中，可以例如通过相对于氢234五秒的延时引入氧234。仅作为实例，加热系统236可以将靠近出口244的区域加热至约700℃来引发燃烧。进入燃烧室内的氧232与氢234的比率可以被设置成使得氢完全燃烧。
将氢转换成电能的另一方法为使用燃料电池。燃料电池为电化学能量转换装置。燃料电池将化学能转换成电能。燃料电池可以将氢和氧转化成水并且产生电和热。燃料电池还可以使用氢气之外的其他燃料源，例如液态燃料如甲醇、天然气、汽油等。燃料电池发电设备包括阳极、电解质膜、阴极和扩散层，其中燃料在阳极处氧化并且氧在阴极处被还原，例如在John C.Calhoon的题为“Apparatus and Method for Heating Fuel Cells”的美国专利申请第US/7,192,666B2号所述，通过引用将其全部内容并入本文中以用于所有目的。
图3示出用于使用H2气体作为燃料的简化的燃料电池系统300。系统300包括阳极354、和阴极356、电解质358、氢气350供应线、以及氧气352供应线。可以将来自供气线的氢350进料至燃料电池的阳极354，同时可以将来自供气线的氧352供应至燃料电池的阴极356。与阳极354中的催化剂364反应的氢300的原子分裂成质子360和电子362。同时，与阴极356中的催化剂366反应的氧分子352分裂成两个单独的带有负电荷的氧原子。
电解质358定位在阳极354与阴极356之间。电解质358用作运载阳极354和阴极356之间的质子360的导电体。质子360被允许穿过电解质但不允许电子362穿过。质子360穿过电解质358接近阴极356中的氧352。结果是由于留在后面的电子362而在阳极354中积累负电荷。电子362的积累所生成的电势用于提供电能。同时，质子穿过膜(电解质)扩散至阴极，其中氢原子在阴极处复合并且与氧反应以在阴极处形成水。
存在许多类型用于将氢和氧转化成水并且生成电的燃料电池，例如尤其是磷酸燃料电池(PAFC)、质子交换膜(PEM)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和碱燃料电池(AFC)。仅作为实例，效率根据各种燃料电池变化，范围为从30％至85％。
化学反应也根据燃料电池而变化。例如，用于描述在阳极、阴极和燃料电池中的PEM反应的化学等式可以提供为如下：
阳极：H2(g)→2H+(aq)+2e-
阴极：1/2O2(g)+2H+(aq)+2e-→H2O(l)
燃料电池：H2(g)+1/2O2(g)→H2O(l)
下面提供用于描述PAFC反应的化学反应的另一实例：
阳极：H2(g)→2H+(aq)+2e-
阴极：1/2O2(g)+2H+(aq)+2e-→H2O(l)
燃料电池：H2(g)+1/2O2(g)+CO2→H2O(l)+CO2注意PAFC可以容忍约1.5％的低CO2浓度，这能够实现可接受的氢燃料的广泛选择。
用于将氢转化成电能的处理
根据各种实施方案的用于提取氢并且将氢转化成电能的系统和处理可以解决与在气化领域中的问题相同的诸多问题。简化的系统设计可以允许从家用单元规模至商用能源生产的非常宽的范围上的扩展性。处理可以致力于引起容易使气化技术无效的热损失的热问题。尽管处理可以产生多余的热，但是可以考虑损失到环境并且通过退出的气体损失的热。因为发热性质，从输入能量出来的热能的杠杆率可以超过20。
图4A提供了根据各种实施方案的可以用于将C-O-H化合物转化成用于发电的氢的方法400-a的概述。在图4A中以及在其他流程图中，示出的步骤的具体选择和步骤所示出的次序仅旨在说明。根据发明的不同实施方案，某些步骤可以以替换次序进行，某些步骤可以省略，以及可以添加某些附加步骤。在下面的描述中指出了这些变化中的一些但不是全部。方法400-a可以采用图1A的系统100-a、图1B的系统100-b、图2的系统200和/或图3的系统300来实现。
在框404-a处，可以将水与C-O-H化合物组合，C-O-H化合物的实例可以包括但不限于纤维素、半纤维素和/或木质素。C-O-H化合物可以包括含有C-O-H化合物的废弃物流。在框408-a处可以将湿化合物移送至反应处理室中。这两个步骤提供了其次序可以在可替换实施方案中改变的步骤的一个实例。
在框412-a处，在反应室内加热湿化合物。可以使用本领域技术人员已知的各种不同技术来实现这样的加热，以上已经针对具体结构实施方案描述了上述技术中的一些技术。在一些实例中，可以将化合物加热至700℃和1100℃之间的温度，尽管发明人知道同样有效的其他温度。加热湿化合物可以引起离解和离解的元素的反应，其中典型的反应产物包括分子氢H2和二氧化碳CO2。涉及的反应可以包括非氧化反应，包括含水热解。
方法400-a可以在大气压至非常轻微的正压力——最高至约10托的正压力——下运行。这可以用于使系统中的泄露最小并且充分减小了压力升高事件的风险。在一个实施方案中，系统在约7托的正压力下运行。
图4B提供了根据各种实施方案的可以用于将C-O-H化合物转化成用于能量生成的氢的方法400-b的概述。在图4B中以及在其他流程图中，示出的步骤的具体选择和步骤所示出的次序仅旨在说明。根据发明的不同实施方案，可以以可替换的次序执行某些步骤，可以省略某些步骤，以及可以添加某些附加步骤。在下面的描述中指出了这些变化中的一些但不是全部。方法400-b可以采用图1A的系统100-a、图1B的系统100-b、图2的系统200、和/或图3的系统300的方面来实现。方法400-b可以为图400-A的实例。
在框404-b处，可以将水与C-O-H化合物组合，C-O-H化合物的实例可以包括但不限于纤维素、半纤维素和/或木质素。C-O-H化合物可以包括含有C-O-H化合物的废弃物流。在框408-b处可以将湿化合物移送至反应处理室中。这两个步骤提供了在可替代实施方案中其次序可以改变的步骤的一个实例。例如，可以在干燥状态下将化合物布置在反应处理室中，其中“移送”通过在反应室处进行布置时将化合物与水组合来实现。在又一实例中，在将化合物移入反应处理室时，可以通过例如使用喷洒系统将水施加至化合物作为移送的一部分。
在框412-b处，在反应室内加热湿化合物。可以使用本领域技术人员已知的各种不同技术来实现这样的加热，以上已经针对具体结构实施方案描述了上述技术中的一些技术。在一些实例中，可以将化合物加热至700℃和1100℃之间的温度，尽管发明人知道同样有效的其他温度。加热湿化合物可以引起离解和离解的元素的反应，其中典型的反应产物包括分子氢H2和二氧化碳CO2。涉及的反应可以包括非氧化反应，包括含水热解。在框416至框424处可以处理反应室内产生的分子氢，尽管在许多实施方案中不是所有这些步骤都需要被包括。
具体地，不期望氢的产生将是100％，可以存在微量的在反应产物中残留的未反应的元素。例如，在框416处使氢反应产物通过减压室可以有助于去除微量的未反应的碳，并且在框420处使氢反应产物通过水冷室可以有助于去除未反应的水以及焦油。
一旦根据处理提取出氢，例如通过使用如上所述的燃烧处理、往复式发动机或燃料电池处理，可以在框424处对提取的氢进行处理以生成能量。在一些实施方案中也可以采用氢以用于其他目的。
方法400-b可以在大气压下至非常轻微的正压力——最高达约10托的正压力——下运行。这可以用于使系统中的泄露最小并且充分减小了压力升高事件的风险。在一个实施方案中，系统在约7托的正压力下运行。
图5和图6提供了发明的用于具体实施方案的方法的更具体的说明。例如，图5为总结根据反应例如反应1a将C-O-H化合物的源例如纤维素、半纤维素和/或木质素转化成氢的的第一方法500以及将氢转换成电能的步骤的流程图。化合物可以包括含有至少一种C-O-H化合物的废弃物流。可以将水与C-O-H化合物组合以生产湿形式的C-O-H化合物。可以将湿形式的C-O-H化合物移送至反应处理室中。可以在反应室内加热湿形式的C-O-H化合物使得湿形式的C-O-H化合物的元素离解并反应，其中一种反应产物包括至少氢气和/或液态燃料。一些实施方案可以利用非氧化反应来生产氢和/或液态燃料，例如含水热解反应。可以采用氢和/或液态燃料来生成电力、热或者驱动不同类型的发动机。
方法500可以采用图1A的系统100-a、图1B的系统100-b、图2的系统200和/或图3的系统300的方面来实现。方法500的一些方法可以采用不同的反应。反应可以在框502处通过将C-O-H化合物的源引入室中开始。然后在框504处可以通过惰性气体冲洗室以替换室中的空气。惰性气体可以包括氩、氮、氦等。在发明的具体实施方案中，没有将惰性气体引入至室中，所以室填充有空气。在具体实施方案中，弄湿的纤维素物料穿过加热室连续地移动，并且没有使用惰性气体，并且室的几何结构使室中存在空气最小化。空气可以与C-O-H化合物反应直至空气在室内部耗尽。在框506处可以将包括C-O-H化合物的源的室加热成引起C-O-H化合物的离解。离解可以引起形成氢气、二氧化碳、一氧化碳、其他碳氢化合物和碳残余物。在框608处可以通过本领域已知的技术将氢气与二氧化碳气体分离。图示出将氢转化成电能的两种可行方式，但可以采用其他方式。将氢转化成电的一种方式是在框512处的将氢与氧在燃料电池中反应。将氢转化成电能的另一方式是在框510处的在燃烧室中将氢气在氧中燃烧，使得随着热释放形成水蒸气。然后在框514处可以通过本领域已知技术将水蒸气进料至能量转化器例如膨胀涡轮中以用于从热能产生电。
图6为总结根据反应例如反应2a将C-O-H化合物的源转化成氢的第二方法500以及将氢转化成电能的步骤的流程图。方法600可以采用图1A的系统100a、图1B的系统100-b、图2的系统200和/或图3的系统300来实现。在一些实施方案中方法600可以采用其他反应。在框602处通过将C-O-H化合物的源引入室中来开始反应。然后在框604处可以通过惰性气体冲洗室以替换室中的空气。惰性气体可以包括氩、氮、氦等。在具体实施方案中，没有将惰性气体引入室中，所以室被空气填充。空气与纤维素、半纤维素和/或木质素反应直至可以将室内部的空气耗尽。
然后在框606处可以将水添加至室中，原因是可能需要水来与C-O-H化合物反应以形成氢和二氧化碳。在框608处可以将液体形式的水加热成变为水蒸气，并且将包括C-O-H化合物的源的室加热至可以使C-O-H化合物与水蒸气反应的温度。在具体实施方案中，弄湿的纤维素物料穿过加热室连续地移动，并且没有使用惰性气体，并且室的几何结构使室中存在空气最小化。C-O-H化合物和水的反应引起形成氢气和二氧化碳气体。在框610处需要通过本领域已知的技术将氢气与二氧化碳气体分离。
图示出将氢转化成电能的两种可行方式，但也可以使用其他方式。将氢转化成电的一种方式是在框614处的将氢与氧在燃料电池中反应。将氢转化成电能的另一方式是在框612处的在燃烧室中在氧中燃烧氢气，使得随着热释放形成水蒸气。然后在框616处可以通过本领域已知技术将水蒸气进料至能量转换器以从热能产生电。
纤维素反应2a和纤维素反应2b可以具有用于汽车应用的若干特定特征。首先，通过利用来自发动机的废热加热用于氢产生的反应室，这可以潜在地重新捕获487kJ/mol的能量，该能量为如上所述用于在400℃形成水蒸气以及用于加热纤维素的热。这可以使能量输出提高17％，等于(487kJ/mol)/(2902kJ/mol)。
此外，在反应2b中从氢燃烧所生成的水蒸气可以再循环至氢生成室中，使得水的使用仅为开启纤维素处理的初始水。如反应2a和反应2b所示，转换每摩尔的纤维素，释放12摩尔的水。仅作为实例，如果来自反应2b的水在没有任何损失的情况下再使用，则在反应2a和反应2b中从纤维素产生5摩尔净得的水。通过恰当使用和捕获来自反应2b的生成的水，在维持纤维素反应过程中可以不需要净得的水。这可以消除开始的问题：反应2a中用于162g(1摩尔)的纤维素的126g(7摩尔)的水的重量会是汽车的额外负担。
另外，在与使用汽油相比的情况下，用于将纤维素转化成用于发电的氢的系统可以减小生成二氧化碳的生产。这可以帮助缓解全球变暖问题。对于如前所述的每千瓦时1英里，在反应2a中对于1摩尔纤维素所释放的二氧化碳可以通过如下估计：
(6x 44g CO2)/(12x 2g H2)＝1lg CO2/gH2
(11kg CO2/kg H2)/(33.6千瓦时/kgH2)/(l英里/千瓦时)＝0.33kg CO2/英里。
相对而言，汽油可以释放每加仑约9kg二氧化碳。仅作为实例，如果车每加仑汽油跑28英里，则从1摩尔的纤维素释放的二氧化碳可以等于：28英里/加仑x 0.33kg CO2/英里＝9.24kg CO2/加仑。这大约等于从汽油释放的二氧化碳。然而，纤维素处理是可再生的。如果可以实现5倍于1英里/千瓦时H2的保守估计的5英里/千瓦时H2，那么氢燃烧将等于5x28＝140英里/等同释放二氧化碳的加仑汽油。因此，从氢燃烧可以产生相对少的二氧化碳。
将纤维素类生物质转化成氢的处理可以增强纤维素类生物质产品的循环并且将废料转变为能量产生。例如，纤维素类生物质的废料包括目前没有经济价值去恢复但存在严重火灾危险的森林地被物。如果通过使用本发明使纤维素类生物质的再循环变得有经济价值，则可以减小危险问题。目前最终进入填埋地的其他纤维素类生物质废料也可以通过再循环来利用。
用于从纤维素或其他C-O-H化合物生产液态燃料的处理
图7提供了可以用于从C-O-H化合物例如木质素、纤维素或半纤维素或其组合来生产液态燃料的方法700的概述。一些实施方案可以采用包含C-O-H化合物的废弃物流或废品。方法700可以采用图1的系统100-a、图1B的系统100-b、图2的系统200和/或图3的系统300的方面来实现。在图7中，示出的步骤的具体选择以及所示的步骤的次序仅旨在说明。根据发明的不同实施方案，某些步骤可以以替换次序进行，某些步骤可以省略，以及可以添加某些附加步骤。在下面的描述中指出了这些变化中的一些但不是全部。
在图7的框704处，可以将水与C-O-H化合物例如纤维素、半纤维素、木质素或其组合进行组合。在框708处可以将湿化合物移送至反应处理室中。这两个步骤提供了在可替代实施方案中其次序可以改变的步骤的一个实例。例如，可以在干燥状态下将化合物布置在反应处理室中，其中“移送”通过在反应室处进行布置时将化合物与水组合来实现。在又一实例中，在将化合物移入反应处理室时，可以通过例如使用喷洒系统将水施加至化合物作为移送的一部分。
在框712处，可以在反应室内加热湿化合物。可以使用本领域技术人员已知的各种不同技术来实现这样的加热，以上已经针对具体结构实施方案描述了上述技术中的一些技术。在一些实例中，将化合物加热至700℃和1100℃之间的温度，尽管发明人已知的其他温度也是有效的。加热湿化合物引起离解以及离解的元素的反应，其中除了液态燃料之外，典型反应产物包括分子氢H2和二氧化碳CO2。具体反应产物取决于所使用的反应机制，反应机制的实例在上面提供。在框714处可以收集液态燃料。
在对反应室中产生的分子氢进行进一步处理的这些实施方案中，可以执行在框716至框724处所示出的那些步骤，但是不是在每个实施方案中都包括这些步骤。它们相应地用虚线表示。
具体地，不期望液态燃料的产生为100％并且可以存在残留在反应产物中的微量未反应元素。例如，在框716处使液态燃料反应产物通过减压室可以有助于去除微量的未反应的碳，并且在框720处使液态燃料反应产物通过水冷室可以有助于去除未反应的水。
一旦将氢作为处理的最终产物提取，例如通过使用如上所述的燃烧处理或燃料电池处理，可以在框724处进行处理以生成能量。在一些实施方案中，也可以提取二氧化碳气体作为最终产物。
其他潜在应用
用于从纤维素或其他C-O-H化合物例如半纤维素或木质素或其组合生产液态燃料的处理可以增强纤维素类生物质产品的再循环并且将纤维素废料转变成液态燃料并且用于能量产生。例如，纤维素类生物质的废料包括目前没有经济价值去恢复但存在严重火灾危险的森林地被物。通过使用不同实施方案再循环该纤维素废料可以减小此危险问题。目前最终进入填埋地的其他纤维素废料也可以通过再循环来利用。
虽然以上已经给出一个或更多个实施方案的详细描述，但是在没有与发明的精神不同的情况下对于本领域技术人员各种替代方案、修改方案以及等同方案将是明显的。此外，除了明显不恰当的地方或者以另外的方式明确指出，应该认为不同实施方案的特征、装置和/或部件可以被替换和/或组合。因而，以上描述不应该视作对本发明的通过所附权利要求限定的范围进行限制。
以下内容对应于母案申请的原始权利要求书：
1.一种用于从包含碳、氧和氢的化合物提取氢的方法，所述方法包括：
将水与所述化合物组合以产生湿形式的化合物；
将所述湿形式的化合物移送至反应处理室中；
在所述反应处理室内加热所述湿形式的化合物，使得所述湿形式的化合物所包含的元素离解并反应，其中一种反应产物包括氢气；以及
提取所述氢气。
2.根据项1所述的方法，其中在所述反应室内加热所述湿形式的化合物，使得所述湿形式的化合物所包含的元素离解并且通过非氧化反应进行反应。
3.根据项2所述的方法，其中所述非氧化反应包括含水热解反应。
4.根据项1所述的方法，其中在所述反应室内加热所述湿形式的化合物在大气压条件下进行。
5.根据项1所述的方法，其中所述化合物由碳、氧和氢组成。
6.根据项1所述的方法，其中所述化合物包括纤维素。
7.根据项1所述的方法，其中所述化合物包括木质素。
8.根据项1所述的方法，其中所述化合物包括半纤维素。
9.根据项1所述的方法，其中所述化合物包括废弃物流。
10.根据项1所述的方法，还包括：
给所述反应室提供惰性气体流。
11.根据项10所述的方法，其中所述惰性气体包括至少氩气或氮气。
12.根据项1所述的方法，其中对所提取的氢气进行处理以生成至少电能或热。
13.根据项1所述的方法，其中对所提取的氢气进行处理以生产液态燃料。
14.根据项1所述的方法，其中通过燃烧所述氢气来对所提取的氢气进行处理。
15.根据项1所述的方法，其中通过将所述氢气进料至燃料电池中来对所提取的氢气进行处理。
16.根据项1所述的方法，其中所述水包括液态水。
17.根据项1所述的方法，其中对所述氢气进行处理包括使反应产物气体通过减压室以去除微量的未反应的碳。
18.根据项1所述的方法，其中对所述氢气进行处理包括使反应产物气体通过水冷室以去除未反应的水。
19.根据项1所述的方法，其中加热所述湿形式的化合物包括将所述湿形式的化合物加热至700℃和1100℃之间的温度。
20.根据项1所述的方法，其中连续地进行将所述湿形式的化合物移送至所述反应处理室中。
21.根据项20所述的方法，其中将所述湿形式的化合物连续移送至所述反应器中利用了减少空气存在的几何结构。
22.一种用于从包含碳、氧和氢的化合物提取氢的系统，所述系统包括：
处理室；
与所述处理室的内部热连通的加热源；
设置在所述处理室内的所述化合物的源；
用于与所述化合物反应的水的源；以及
用于从所述处理室提取得到的氢气的抽气系统。
23.根据项22所述的系统，其中所述处理室和所述加热源被构造成在所述处理室内加热湿形式的化合物，使得所述湿形式的化合物所包含的元素离解并且通过非氧化反应进行反应。
24.根据项23所述的系统，其中所述非氧化反应包括含水热解反应。
25.根据项23所述的系统，其中水的源被构造成在所述处理室外部将水与所述化合物组合以产生湿形式的化合物。
26.根据项25所述的系统，还包括：
传送装置，所述传送装置用于将所述湿形式的化合物传送至所述处理室中。
27.根据项22所述的系统，其中所述处理室被构造成在大气压条件下操作。
28.根据项22所述的系统，其中所述化合物由碳、氧和氢组成。
29.根据项22所述的系统，其中所述化合物包括纤维素。
30.根据项22所述的系统，其中所述化合物包括木质素。
31.根据项22所述的系统，其中所述化合物包括半纤维素。
32.根据项22所述的系统，其中所述化合物包括废弃物流。
33.根据项22所述的系统，还包括：
气体输送系统，所述气体输送系统被构造成给所述处理室提供惰性气体流。
34.根据项33所述的系统，其中所述惰性气体包括至少氩气或氮气。
35.根据项22所述的系统，其中所提取的氢气被处理以生成至少电能或热。
36.根据项22所述的系统，其中所提取的氢气被处理以生产液态燃料。
37.根据项22所述的系统，其中通过燃烧所述氢气来处理所提取的氢气。
38.根据项22所述的系统，其中通过将所述氢气进料至燃料电池中来处理所提取的氢气。
39.根据项22所述的系统，其中所述水包括液态水。
40.根据项22所述的系统，其中用于从所述处理室提取得到的氢气的所述抽气系统被构造成使反应产物气体通过减压室以去除微量的未反应的碳。
41.根据项22所述的系统，其中用于从所述处理室提取得到的氢气的所述抽气系统被构造成使反应产物气体通过水冷室以去除未反应的水。
42.根据项22所述的系统，其中至少所述处理室或所述加热源被构造成将湿形式的化合物加热至700℃和1100℃之间的温度。
43.根据项22所述的系统，还包括：
传送装置，所述传送装置被构造成将湿形式的化合物移送至所述处理室中。
44.根据项43所述的系统，其中所述传送装置被构造成利用减少空气存在的几何结构来将所述湿形式的化合物连续地移送至所述处理室中。
45.一种用于提取氢以用于进一步处理的方法，包括：
加热湿化合物，使得所述湿化合物所包含的元素离解并反应以形成至少氢气，其中所述化合物包含碳、氧和氢；以及
对所述氢气进行处理。
46.根据项45所述的方法，其中加热所述湿化合物使得所述湿化合物所包含的元素离解并且通过非氧化反应进行反应以形成至少氢气。
47.根据项46所述的方法，其中所述非氧化反应包括含水热解反应。
48.根据项45所述的方法，其中对所述氢气进行处理以生成至少电能或热。
49.根据项45所述的方法，其中对所述氢气进行处理以生产液态燃料。
50.根据项45所述的方法，其中所述化合物由碳、氧和氢组成。
51.根据项45所述的方法，其中所述化合物包括纤维素。
52.根据项45所述的方法，其中所述化合物包括木质素。
53.根据项45所述的方法，其中所述化合物包括半纤维素。
54.根据项45所述的方法，其中对所述氢气进行处理包括燃烧所述氢气。
55.根据项45所述的方法，其中对所述氢气进行处理包括将所述氢气进料至燃料电池中。
56.根据项45所述的方法，还包括：
在加热所述湿化合物之前，通过将水与包含碳、氧和氢的化合物混合来形成所述湿化合物。
57.一种用于提取氢以用于进一步处理的系统，包括：
与热源热连通的处理室，所述处理室被构造成加热湿化合物，使得所述湿化合物所包含的元素离解并反应以形成至少氢气，其中所述化合物包含碳、氧和氢；以及
被构造成处理所述氢气的抽气系统。
58.根据项57所述的系统，其中与所述热源热连通的所述处理室被构造成加热所述湿化合物，使得所述湿化合物所包含的元素离解并且通过非氧化反应进行反应以形成至少氢气。
59.根据项58所述的系统，其中所述非氧化反应包括含水热解反应。
60.根据项57所述的系统，其中被构造成处理所述氢气的所述抽气系统被构造成处理所述氢气以生成至少电能或热。
61.根据项57所述的系统，其中被构造成处理所述氢气的所述抽气系统被构造成处理所述氢气以生产液态燃料。
62.根据项57所述的系统，其中所述化合物由碳、氧和氢组成。
63.根据项57所述的系统，其中所述化合物包括纤维素。
64.根据项57所述的系统，其中所述化合物包括木质素。
65.根据项57所述的系统，其中所述化合物包括半纤维素。
66.根据项57所述的系统，其中被构造成处理所述氢气的所述抽气系统被构造成燃烧所述氢气。
67.根据项57所述的系统，其中被构造成处理所述氢气的所述抽气系统被构造成将所述氢气进料至燃料电池中。
68.根据项57所述的系统，还包括：
传送装置，所述传送装置被构造成将所述湿化合物移送至所述处理室。
69.根据项57所述的系统，还包括：
室，所述室被构造成在与所述热源热连通的所述处理室加热所述湿化合物之前将水与所述化合物至少混合或组合以形成所述湿化合物。
70.一种用于从包含碳、氧和氢的化合物生产液态燃料的方法，所述方法包括：
将水与所述化合物组合以产生湿形式的化合物；
将所述湿形式的化合物移送至反应处理室中；以及
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物，使得所述湿形式的化合物所包含的元素离解且反应，其中一种反应产物包括液态燃料。
71.根据项70所述的方法，其中在所述反应室内加热所述湿形式的化合物，使得所述湿形式的化合物所包含的元素离解并且通过非氧化反应进行反应。
72.根据项71所述的方法，其中所述非氧化反应包括含水热解反应。
73.根据项70所述的方法，其中所述包含碳、氧和氢的化合物包括纤维素。
74.根据项70所述的方法，其中所述包含碳、氧和氢的化合物包括木质素。
75.根据项70所述的方法，其中所述包含碳、氧和氢的化合物包括半纤维素。
76.根据项73所述的方法，其中：
所述液态燃料包括甲醇；并且
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5+6H2O→CH4O+5CO2+9H2。
77.根据项73所述的方法，其中：
所述液态燃料包括甲醇；并且
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5+5H2O→2CH4O+4CO2+6H2。
78.根据项73所述的方法，其中：
所述液态燃料包括甲醇；并且
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5+4H2O→3CH4O+3CO2+3H2。
79.根据项73所述的方法，其中：
所述液态燃料包括甲醇；并且
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5+3H2O→4CH4O+2CO2。
80.根据项73所述的方法，其中：
所述液态燃料包含乙醇；并且
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5+4H2O→C2H6O+4CO2+6H2。
81.根据项73所述的方法，其中：
所述液态燃料包含乙醇；并且
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5+H2O→2C2H6O+2CO2。
82.根据项73所述的方法，其中：
所述液态燃料包含丙醇；并且
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5+2H2O→C3H8O+3CO2+3H2。
83.根据项73所述的方法，其中：
所述液态燃料包含丁醇；并且
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5→C4H10O+2CO2。
84.根据项73所述的方法，其中：
所述液态燃料包含汽油；并且
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5+4C+4H2O→C7Hl6+2CO2。
85.根据项73所述的方法，其中：
所述液态燃料包括柴油；并且
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5+10C+2H2O→C16H24+6CO2。
86.根据项70所述的方法，还包括：
提取为另一反应产物的氢气作为最终产物。
87.根据项70所述的方法，还包括：
提取为另一反应产物的二氧化碳气体作为最终产物。
88.一种用于从包含碳、氧和氢的化合物生产液态燃料的系统，所述系统包括：
处理室；
与所述处理室的内部热连通的加热源；
设置在所述处理室内的所述化合物的源；
用于弄湿所述化合物的源的水的源；以及
用于控制所述加热源以引起所述湿的化合物的源进行离解和反应的子系统，其中一种反应产物包括液态燃料。
89.根据项88所述的系统，还包括：
抽气系统，所述抽气系统用于从所述处理室提取至少液态燃料或得到的气体。
90.根据项88所述的系统，其中所述用于控制加热源以引起所述湿的化合物的源进行离解和反应的子系统利用非氧化反应。
91.根据项90所述的系统，其中所述非氧化反应包括含水热解反应。
92.根据项88所述的系统，其中所述包含碳、氧和氢的化合物包括纤维素。
93.根据项88所述的系统，其中所述包含碳、氧和氢的化合物包括木质素。
94.根据项88所述的系统，其中所述包含碳、氧和氢的化合物包括半纤维素。
95.根据项92所述的系统，其中：
所述液态燃料包括甲醇；并且
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5+6H2O→CH4O+5CO2+9H2。
96.根据项92所述的系统，其中：
所述液态燃料包括甲醇；并且
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5+5H2O→2CH4O+4CO2+6H2。
97.根据项92所述的系统，其中：
所述液态燃料包括甲醇；并且
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5+4H2O→3CH4O+3CO2+3H2。
98.根据项92所述的系统，其中：
所述液态燃料包括甲醇；并且
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5+3H2O→4CH4O+2CO2。
99.根据项92所述的系统，其中：
所述液态燃料包含乙醇；并且
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5+4H2O→C2H6O+4CO2+6H2。
100.根据项92所述的系统，其中：
所述液态燃料包含乙醇；并且
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5+H2O→2C2H6O+2CO2。
101.根据项92所述的系统，其中：
所述液态燃料包含丙醇；并且
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5+2H2O→C3H8O+3CO2+3H2。
102.根据项92所述的系统，其中：
所述液态燃料包含丁醇；并且
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5→C4H10O+2CO2。
103.根据项92所述的系统，其中：
所述液态燃料包含汽油；并且
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5+4C+4H2O→C7Hl6+2CO2。
104.根据项92所述的系统，其中：
所述液态燃料包括柴油；并且
在所述反应室内加热所述湿形式的化合物包括引起反应C6H10O5+10C+2H2O→C16H24+6CO2。
105.根据项88所述的系统，其中一种得到的气体包括作为最终产物的氢气。
106.根据项88所述的系统，其中一种得到的气体包括作为最终产物的二氧化碳气体。
107.一种用于从包含碳、氧和氢的化合物提取氢的方法，所述方法包括：
将所述化合物的源引入室中；
添加水以用于与所述化合物进行反应；
在所述室内部加热所述化合物以将所述化合物离解成氢气、二氧化碳气体和碳的固体残余物；以及
将所述氢气与所述二氧化碳气体分离。
108.根据项107所述的方法，其中在所述室内部加热所述化合物以将所述化合物离解成氢气、二氧化碳气体和碳的固体残余物利用非氧化反应。
109.根据项108所述的方法，其中所述非氧化反应包括含水热解反应。
110.根据项107所述的方法，还包括给所述室提供惰性气体流。
111.根据项110所述的方法，其中所述惰性气体包括至少氩气或氮气。
112.根据项107所述的方法，其中所述化合物包括纤维素。
113.根据项107所述的方法，还包括：
对所述氢气进行处理以生成电能。
114.根据项112所述的方法，其中所述纤维素包括纤维素废料。
115.根据项112所述的方法，还包括：
在包含空气的所述处理室中部分地燃烧纤维素直至所述处理室内部的空气中的氧耗尽。
116.根据项112所述的方法，其中用于离解纤维素的所述室的温度为大约325℃或以上。
117.根据项112所述的方法，其中所述纤维素的源包括谷物。
118.根据项112所述的方法，其中所述纤维素的源包括纸。
119.根据项107所述的方法，其中：
在存在氧的情况下燃烧所述氢以形成水蒸气并释放能量；以及
在存在氧的情况下燃烧所述碳以形成二氧化碳并释放能量。
120.根据项119所述的方法，还包括：
将所述水蒸气转化成电能。
121.根据项107所述的方法，还包括：
将所述氢气进料至燃料电池中，其中所述燃料电池将所述氢气和氧气转化成水以产生热。
122.根据项107所述的方法，还包括：
使用所述氢气来提高汽车发动机效率。
123.一种用于将纤维素转化成氢的方法，所述方法包括：
将所述纤维素的源引入室中；
将水添加至所述室中以用于与所述纤维素反应；
加热所述室以生成水蒸气；
在所述水蒸气和所述纤维素之间引起反应以形成氢气和二氧化碳气体；以及
将所述氢气与所述二氧化碳气体分离。
124.根据项123所述的方法，其中所述反应包括非氧化反应。
125.根据项124所述的方法，其中所述非氧化反应包括含水热解反应。
126.根据项123所述的方法，还包括：
在存在氧气的情况下燃烧所述氢气以形成水蒸气并释放能量。
127.根据项126所述的方法，还包括：
将所述水蒸气转化成电能。
128.根据项123所述的方法，还包括：
将所述氢气进料至燃料电池中，所述燃料电池将所述氢气和氧气转化成水蒸气并且产生电力和热。
129.根据项123所述的方法，还包括：
在包含空气的所述室中部分地燃烧纤维素直至所述处理室内部的空气中的氧耗尽。
130.根据项123所述的方法，还包括：
给所述室提供惰性气体流。
131.根据项130所述的方法，其中所述惰性气体包括至少氩气或氮气。
132.根据项123所述的用于将纤维素转化成氢的方法，其中在大约400℃或以上形成所述水蒸气。
133.根据项123所述的方法，其中所述纤维素的源包括谷物。
134.根据项123所述的方法，其中所述纤维素的源包括纸。
135.根据项123所述的方法，其中所述纤维素的源包括纤维素废料。
136.一种用于从包含碳、氧和氢的化合物生产氢的系统，所述系统包括：
处理室；
与所述处理室的内部热连通的加热源；
设置在所述处理室内的所述化合物的源；
用于与所述化合物进行反应的水的源；以及
用于从所述处理室提取得到的氢气和二氧化碳气体的抽气系统。
137.根据项136所述的系统，其中所述加热源还被构造成利用非氧化反应使所述水的源与所述化合物反应。
138.根据项137所述的系统，其中所述非氧化反应包括含水热解反应。
139.根据项136所述的系统，还包括：
燃烧室，所述燃烧室被构造成在存在氧的情况下燃烧所述氢气以释放热能以及形成水蒸气。
140.根据项136所述的系统，还包括：
用于将氢气转化成电能的燃料电池。
141.根据项136所述的系统，其中所述化合物的源包括至少谷物或纸。
142.根据项136所述的系统，还包括：
气体输送系统，所述气体输送系统被构造成给所述处理室提供惰性气体流。
143.根据项142所述的系统，其中所述惰性气体包括至少氩气或氮气。
144.根据项136所述的系统，其中所述化合物在包含空气的所述处理室中部分地燃烧直至所述处理室内部的空气中的氧耗尽。
145.根据项136所述的系统，其中所述水的源设置在所述处理室内以用于使所述化合物与所述水反应以形成氢和二氧化碳。
146.根据项136所述的系统，其中所述化合物的所述源包括纤维素废料。
147.根据项136所述的系统，还包括：
被构造成处理所述氢气以产生电能的子系统。

Claims (10)

1.一种用于从包含碳、氧和氢的化合物提取氢的方法，所述方法包括：
将水与所述化合物组合以产生湿形式的化合物；
将所述湿形式的化合物移送至反应处理室中；
在所述反应处理室内加热所述湿形式的化合物，使得所述湿形式的化合物所包含的元素离解并反应，其中一种反应产物包括氢气；以及
提取所述氢气。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述反应室内加热所述湿形式的化合物，使得所述湿形式的化合物所包含的元素离解并且通过非氧化反应进行反应。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述非氧化反应包括含水热解反应。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述反应室内加热所述湿形式的化合物在大气压条件下进行。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述化合物由碳、氧和氢组成。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述化合物包括纤维素。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述化合物包括木质素。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述化合物包括半纤维素。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述化合物包括废弃物流。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括：
给所述反应室提供惰性气体流。
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