一种微藻水热液化制取生物油的连续式反应系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种微藻水热液化制取生物油的连续式反应系统及方法，通过设置两级预热器可以充分利用液化反应后的余热，进而降低反应系统的整体能耗。此外该系统通过固液分离器、气液分离器和离心机的联合作用可以连续、高效地实现液化产物的分离，无需额外的有机溶剂对生物油进行分离。相比其他水热液化系统，本发明专利技术系统运行费用低、产物分离彻底、系统连续性好，可以广泛应用于微藻水热液化生产生物油。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物质能源领域，涉及一种生物油的生产技术，特别涉及一种微藻水热液化制取生物油的连续式反应系统及方法。
技术介绍
微藻水热液化技术(简称HTL)是指利用热化学的方法，在有或无催化剂的作用下，在240～350℃，10～20MPa的液相水热条件下将微藻原料转化为生物质油的过程。HTL是一种非常具有发展前景的微藻制油技术，具有许多优势。首先，对比传统的热化学转化技术(如气化和热解)，HTL能够直接将未经干燥的湿微藻(含水率为80～90wt％)转换成能量密集的生物质油，从而避免了干燥过程附加的高能量消耗，因此具有更低的能量消耗率，特别适合处理微藻等湿生物质。其次，HTL不仅可以将微藻中的油脂转化成生物质油，还可最大限度将微藻含有的蛋白质和糖类物质也转化成高热值的生物质油。同时微藻具有较高的生长速率、生长环境不占用耕地、较高的脂质含量，能够产生巨大的环境和经济效益。以微藻为原料的生物质液体燃料生产技术具备经济技术可行性，已成为该领域主要的发展趋势之一，它对于缓解环境污染，提高能源安全具有重要意义。微藻水热液化技术还处于起步阶段，目前微藻液化研究主要集中在间歇式反映条件的研究，而连续式反应系统是微藻水热液化能够规模化利用的必然趋势。要想实现微藻水热液化技术的规模化利用还存在需要解决以下问题。首先，液化反应后的产品分为气相、液相、油相和固相，如何实现产物的经济高效分离是急需解决的关键问题。其次，需要降低连续式反应系统运行成本、提高能量效率；这需要充分回收水热液化反应后的余热，用反应后的余热来预热反应前的物料。目前国际上仅有少数关于微藻液化连续式装置的研究，国内在这方面的专利主要是间歇式反应装置的研究，水热液化连续式反应系统的研究还较少。已有的连续式反应装置还普遍存在系统整体能耗和环保性较差、产物的连续分离不够彻底、不能保证较高的生物油产率等问题。目前还没有一种微藻水热液化制取生物油的连续式反应装置能够有效地有效的解决上述问题。鉴于上述问题制约了微藻水热液化技术的发展，因此一些新型反应装置在不断研发之中。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种微藻水热液化制取生物油的连续式反应系统及方法，以解决微藻水热液化制取生物油系统在系统整体能耗高和系统连续性运行上的问题。本专利技术采用以下技术方案：一种微藻水热液化制取生物油的连续式反应系统，包括进行水热液化反应的反应器、对物料进行预热的两级预热器，以及固液分离器、气液分离器、用于分离水相和油相的离心机和循环水回路；所述两级预热器包括一级预热器和二级预热器，依次连接在反应器物料入口；所述反应器的出口连接固液分离器，所述固液分离器设置有流体出口和残渣出口；所述流体出口与二级预热器连接，以对二级预热器内的物料进行预热；除去残渣后的高温高压流体经二级预热器降温后，经气液分离器分离为气相和液相，气液分离器的气相出口连接储气瓶，气液分离器的液相出口连接离心机入口，液相经离心机分离为水相和油相，水相经冷却后，存储在储液箱内，冷却释放的热量经循环水回路连接在一级预热器入口，用于对一级预热器内的物料进行预热。所述循环水回路包括循环水泵和循环水箱，所述循环水泵的一端与冷却器循环水入口相连，所述循环水泵的另一端与循环水箱连接，所述循环水箱的另一端连接在一级预热器的循环水出口。藻浆通过高压泵打入到一级预热器内。在高压泵与一级预热器之间的管路上进一步连接有存储有氢气和一氧化碳的气瓶。所述气瓶内的氢气和一氧化碳通过第一增压机打入到一级预热器内。所述的二级预热器与气液分离器之间的管路上设置有背压阀，除去残渣后的高温高压流体经二级预热器降温后，通过背压阀进入到气液分离器内。一种微藻水热液化制取生物油的连续式反应方法，包括以下步骤：(1)物料依次经一级预热和二级预热后，在反应器中继续加热到反应温度并进行水热液化反应；(2)水热液化反应产生的产物经除渣后得到，高温高压流体，该高温高压流体对二级预热器内的物料进行预热而自身降温后，进行气液分离，分离出来的气相存储在储气瓶中，分离出来的液相经离心机分离为水相和油相，其中，油相存储在储油罐内，水相经冷却后存储在储液箱内，而冷却过程中释放的热量经循环水回路对一级预热器内的物料进行预热。水热液化反应产生的残渣经固液分离器分离后，暂时储存在储渣箱，储渣箱定期排放反应残渣到澄清池中；当储渣箱排渣时，关闭储渣箱的进口阀门打开储渣箱的出口阀门，进行排渣，排渣完毕后关闭出口阀门打开进口阀门。所述气液分离器的温度控制在水的饱和温度以下，确保水不会以蒸汽的形式混入气相中。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术通过设置两级预热器可以充分利用液化反应后的余热，进而降低反应系统的整体能耗。此外该系统通过固液分离器、气液分离器和离心机的联合作用可以连续、高效地实现液化产物的分离，无需额外的有机溶剂对生物油进行分离。相比其他水热液化系统，本专利技术系统运行费用低、产物分离彻底、系统连续性好，可以广泛应用于微藻水热液化生产生物油。【附图说明】图1是本专利技术反应系统的示意图。图中：1、储料箱；2、粉碎机；3、高压泵；4、一级预热器；5、二级预热器；6、反应器；7、固液分离器；8、储渣箱；9、第二增压机；10、澄清池；11、储气瓶；12、储油罐；13储液箱；14、冷却器；15、循环水泵；16、离心机；17、气液分离器；18、背压阀；19、循环水箱；20、气瓶；21、第一增压机。【具体实施方式】本专利技术公开了一种微藻水热液化制取生物油的连续式反应系统，通过设置两级预热器可以充分利用液化反应后的余热，进而降低反应系统的整体能耗。此外该系统通过固液分离器、气液分离器和离心机的联合作用可以连续、高效地实现液化产物的分离，无需额外的有机溶剂对生物油进行分离。相比其他水热液化系统，本专利技术系统运行费用低、产物分离彻底、系统连续性好，可以广泛应用于微藻水热液化生产生物油。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明。请参阅图1所示，本专利技术提供了一种微藻水热液化制取生物油的连续式反应系统，包括进行水热液化反应的反应器(6)、对物料进行预热的两级预热器，以及固液分离器(7)、气液分离器(17)、用于分离水相和油相的离心机(16)和循环水回路。所述两级预热器包括一级预热器4和二级预热器5，藻浆经过粉碎机2粉碎后进入储料箱1，储料箱1的出口连接有高压泵3，高压泵3的出口连接在一级预热器4的入口位置，所述高压泵3用于将粉碎的藻浆打入到一级预热器4内。在高压泵3与一级预热器4之间的管路上连接有存储有氢气和一氧化碳的气瓶20，所述气瓶20内的氢气和一氧化碳通过第一增压机21打入到一级预热器4内，与粉碎的藻浆一起进行预热。高压泵3能够泵入粉碎后的藻浆并精确地控制物料的加入量。此外，所述高压泵上设置有变频器，可以控制物料输送速率，进而控制物料在反应器中的停留时间。所述一级预热器4和二级预热器5串联连接，其中，二级预热器5的出口连接在反应器6物料入口，物料在反应器内进行水热液化反应，所述反应器的6的出口连接固液分离器7的入口，所述固液分离器7底部设置有残渣出口，顶部设置有流体出口，水热液化反应产生的残渣通过残渣出口存储在储渣箱8，该储渣箱的入口和出口分别设置有入口阀门和出口阀门本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微藻水热液化制取生物油的连续式反应系统，其特征在于：包括进行水热液化反应的反应器(6)、对物料进行预热的两级预热器，以及固液分离器(7)、气液分离器(17)、用于分离水相和油相的离心机(16)和循环水回路；所述两级预热器包括一级预热器和二级预热器，依次连接在反应器(6)物料入口；所述反应器(6)的出口连接固液分离器(7)，所述固液分离器(7)设置有流体出口和残渣出口；所述流体出口与二级预热器连接，以对二级预热器内的物料进行预热；除去残渣后的高温高压流体经二级预热器降温后，经气液分离器(17)分离为气相和液相，气液分离器的气相出口连接储气瓶(11)，气液分离器的液相出口连接离心机(16)入口，液相经离心机分离为水相和油相，水相经冷却后，存储在储液箱内，冷却释放的热量经循环水回路连接在一级预热器入口，用于对一级预热器内的物料进行预热。

【技术特征摘要】
1.一种微藻水热液化制取生物油的连续式反应系统，其特征在于：包括进行水热液化反应的反应器(6)、对物料进行预热的两级预热器，以及固液分离器(7)、气液分离器(17)、用于分离水相和油相的离心机(16)和循环水回路；所述两级预热器包括一级预热器和二级预热器，依次连接在反应器(6)物料入口；所述反应器(6)的出口连接固液分离器(7)，所述固液分离器(7)设置有流体出口和残渣出口；所述流体出口与二级预热器连接，以对二级预热器内的物料进行预热；除去残渣后的高温高压流体经二级预热器降温后，经气液分离器(17)分离为气相和液相，气液分离器的气相出口连接储气瓶(11)，气液分离器的液相出口连接离心机(16)入口，液相经离心机分离为水相和油相，水相经冷却后，存储在储液箱内，冷却释放的热量经循环水回路连接在一级预热器入口，用于对一级预热器内的物料进行预热。2.根据权利要求1所述的一种微藻水热液化制取生物油的连续式反应系统，其特征在于：所述循环水回路包括循环水泵(15)和循环水箱(19)，所述循环水泵的一端与冷却器(14)循环水入口相连，所述循环水泵的另一端与循环水箱连接，所述循环水箱的另一端连接在一级预热器的循环水出口。3.根据权利要求1所述的一种微藻水热液化制取生物油的连续式反应系统，其特征在于：藻浆通过高压泵打入到一级预热器内。4.根据权利要求3所述的一种微藻水热液化制取生物油的连续式反应系统，其特征在于：在高压泵(3)与一级预热器(4)之间的管路上进一步连接有存储有氢气和一氧化碳的气瓶(20)。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐东海，林桂柯，王树众，马志江，郭树炜，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61