一种超临界水反应产物协同湿生物质资源化的系统与方法技术方案

一种超临界水反应产物协同湿生物质资源化的系统，包括：超临界水反应产物分离系统，进行超临界水反应产物的气液分离；湿生物质分离回收系统，进行湿生物质的固油水三相分离；微藻培养与浓缩系统，利用超临界水反应产物分离系统和湿生物质分离回收系统所得的水相以及超临界水反应产物分离系统所得的CO

A system and method of CO utilization of supercritical water reaction products and wet biomass

【技术实现步骤摘要】
一种超临界水反应产物协同湿生物质资源化的系统与方法
本专利技术属于废物资源化、余热利用
，涉及湿生物质与超临界水处理过程中的热量、废水、油脂、气体的环保综合资源化，特别涉及一种超临界水反应产物协同湿生物质资源化的系统与方法。
技术介绍
超临界水处理是一种高效的高浓度有机废液的无害化处理与资源化利用技术，其是在温度和压力高于其临界状态的水中，利用超临界水高扩散系数、低粘度、低介电常数等特性，在无氧或缺氧状态下迅速将有机大分子转化成水、富氢可燃气，或在过氧条件下，迅速转化成等无污染的小分子化合物和无机盐的过程。湿生物质是指含水量高的生物质，包括有机废液、动物粪便、水华蓝藻及餐厨垃圾等。以餐厨垃圾为例，其通常包括油脂、剩菜、剩饭、菜叶、果皮、蛋壳等，中国城市每年产生餐厨垃圾不低于6000万吨，大中城市餐厨垃圾产量惊人。影响超临界水反应工业化的一个主要问题是处理过程的经济性。主要体现在系统能量和物质的有效回收和利用方面。一般反应后的流体会维持在较高的温度(＞500℃)，后续需要充分利用这部分能量，才能保证处理系统的经济性。同时，在该处理过程中，有机物充分反应也会生成大量二氧化碳。如果不加以利用，直接排放，会造成温室效应。同时，目前湿生物质传统处理方法，如餐厨垃圾等，但目前绝大多数还是与生活垃圾混合堆放，以传统的焚烧、填埋为主。不能实现其中油脂等资源的回收利用，更是给环境造成了极大的危害。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种超临界水反应产物协同湿生物质资源化的系统与方法，可高效利用超临界水反应产物中资源来协同湿生物质资源化，实现过程中的废水、油脂、气体的环保综合资源化利用，从而解决超临界水反应和普通湿生物质处理处置过程中的难题，具有重要的工程应用价值。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种超临界水反应产物协同湿生物质资源化的系统，包括：超临界水反应产物分离系统，进行超临界水反应产物的气液分离；湿生物质分离回收系统，进行湿生物质的固油水三相分离；微藻培养与浓缩系统，利用超临界水反应产物分离系统和湿生物质分离回收系统所得的水相以及超临界水反应产物分离系统所得的CO2进行微藻光生物反应以培养微藻，藻浆出口接浓缩装置进行浓缩；水热液化制油系统，利用浓缩装置的浓缩藻浆和湿生物质分离回收系统所得的油相进行水热液化制油。所述超临界水反应产物分离系统包括换热器一，换热器一的热流体入口接超临界水反应器的出口，换热器一的热流体出口接背压装置一的入口，背压装置一的出口接气液分离器的入口，气液分离器的液体出口接水相储罐，CO2气体出口接微藻培养与浓缩系统的气相入口，水相储罐的出口接微藻培养与浓缩系统的水相入口。所述湿生物质分离回收系统包括破碎机，破碎机的入口接湿生物质物料出口，破碎机的出口接固油水分离器的入口，固油水分离器的固相出口接干馏设备的入口，水相出口接所述水相储罐的入口。所述微藻培养与浓缩系统包括微藻光生物反应器，微藻光生物反应器的水相入口接所述水相储罐的出口，气相入口接所述CO2气体出口，出口接浓缩装置的入口，浓缩装置的水相出口回接所述水相储罐的入口。所述水热液化制油系统包括换热器二，换热器二的热流体入口通过高压泵接所述浓缩装置的浓缩藻浆出口和所述固油水分离器的油相出口，换热器二的热流体出口接水热液化反应器的入口，水热液化反应器的出口接换热器三的热流体入口，换热器三的热流体出口接背压装置二的入口，背压装置二的出口接油水气固分离器的入口，油水气固分离器的油相出口输出生物原油，气相出口接所述微藻光生物反应器的气相入口，水相出口回接所述水相储罐的入口，固相出口接所述干馏设备的入口。所述换热器一的冷却水入口与所述换热器二的冷却水出口连接，换热器一的冷却水出口与所述换热器二的冷却水入口连接。所述换热器三的冷却水入口与所述干馏设备的冷却水出口连接，换热器三的冷却水出口与所述干馏设备的冷却水入口连接。本专利技术通过设置换热器一和换热器二，采用冷却水将超临界水反应器出口高温流体富裕热量通过换热回收，并用于浓缩藻浆水热液化反应的预热过程。通过设置换热器三对水热反应后富余热量进行回收，并用于系统中固体残渣干馏过程。本专利技术超临界水反应产生的H2等可燃气可通过高压气体分离器回收。超临界水流体降压后通过气液分离与水热液化反应后分离的CO2回收后在微藻光生物反应器中利用。本专利技术超临界水反应后的水、微藻浓缩沥出液与微藻水热反应后产物分离的水，回收后在微藻光生物反应器作为水源回收利用。本专利技术湿生物质破碎后通过油水固分离器分离出的油脂回收后与浓缩藻浆混合，用于提高水热制油反应产油量。本专利技术湿生物质分离后残余固相残渣与微藻水热反应流体分离后的固相残渣收集后通过干馏，制备生物炭，实现其资源化利用。本专利技术还提供了一种可实现超临界水反应产物与湿生物质资源化的方法，包括：1)超临界水反应产物为温度≥500℃的高温流体，所述高温流体在高压气体分离器中分离出富氢可燃气体后进入气液分离器，分离出CO2，将这部分CO2回收并在微藻培育过程作为微藻生长中所需的碳源；水相产物中有机物含量大幅降低，COD≤1000mg/L，且没有生物毒性，水相回收后作为培养水体在微藻培育过程回收利用；2)将湿生物质破碎后在固油水三相分离器中进行固、油、水分离；其中水相富含蛋白质和有机质，经过回收后，在微藻培育过程中利用，固相残渣脱水、干燥、干馏后制备生物炭；3)在微藻光生物反应器中进行微藻培育过程，成熟后收集，并在浓缩装置中进行浓缩，沥出含N、P元素的液富，经过调配后在微藻光生物反应器中回用，浓缩后藻浆与湿生物质分离得到的油脂掺混预热至250～370℃后进入水热液化反应器，产物流体为油、水、固相与少量气体的混合产物，经过分离后获得生物油，固相产物干馏后制备生物炭，气体产物富含CO2，回收后作为微藻生长碳源，返回光生物反应器回用，水相返回光生物反应器回用。通过换热器一将流体富余热量回收，在微藻水热液化制油工艺的预热过程中利用，利用换热器二将浓缩藻浆与湿生物质分离得到的油脂预热至250～370℃。过程中冷却水实现循环，无需补充额外冷却水源。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过将超临界水反应、水热液化与湿生物质高值利用技术相结合，最大限度回系统热量、产生的CO2、固相残渣、餐厨垃圾等湿生物质中的油脂、水资源和其中的营养元素，通过微藻水热液化制备生物油获得资源高值化利用。过程无二次污染，具有显著的社会效益和经济效益。附图说明图1是本专利技术系统结构原理示意图。具体实施方式以下，结合说明书附图及具体实施例，进一步阐述本专利技术。实施例仅用于说明本专利技术，并非限制本公开范围。本专利技术主要基于如下原理：超临界水反应中，由于使用水作为反应媒介，大量的水在该过程中如果能得到有效回收和利用，则可大大节约水资源。湿生物质尤其是餐厨垃圾本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超临界水反应产物协同湿生物质资源化的系统，其特征在于，包括：/n超临界水反应产物分离系统，进行超临界水反应产物的气液分离；/n湿生物质分离回收系统，进行湿生物质的固油水三相分离；/n微藻培养与浓缩系统，利用超临界水反应产物分离系统和湿生物质分离回收系统所得的水相以及超临界水反应产物分离系统所得的CO

【技术特征摘要】
1.一种超临界水反应产物协同湿生物质资源化的系统，其特征在于，包括：
超临界水反应产物分离系统，进行超临界水反应产物的气液分离；
湿生物质分离回收系统，进行湿生物质的固油水三相分离；
微藻培养与浓缩系统，利用超临界水反应产物分离系统和湿生物质分离回收系统所得的水相以及超临界水反应产物分离系统所得的CO2进行微藻光生物反应以培养微藻，藻浆出口接浓缩装置进行浓缩；
水热液化制油系统，利用浓缩装置的浓缩藻浆和湿生物质分离回收系统所得的油相进行水热液化制油。


2.根据权利要求1所述超临界水反应产物协同湿生物质资源化的系统，其特征在于，所述超临界水反应产物分离系统包括换热器一，换热器一的热流体入口接超临界水反应器的出口，换热器一的热流体出口接背压装置一的入口，背压装置一的出口接气液分离器的入口，气液分离器的液体出口接水相储罐，CO2气体出口接微藻培养与浓缩系统的气相入口，水相储罐的出口接微藻培养与浓缩系统的水相入口。


3.根据权利要求2所述超临界水反应产物协同湿生物质资源化的系统，其特征在于，所述湿生物质分离回收系统包括破碎机，破碎机的入口接湿生物质物料出口，破碎机的出口接固油水分离器的入口，固油水分离器的固相出口接干馏设备的入口，水相出口接所述水相储罐的入口。


4.根据权利要求3所述超临界水反应产物协同湿生物质资源化的系统，其特征在于，所述微藻培养与浓缩系统包括微藻光生物反应器，微藻光生物反应器的水相入口接所述水相储罐的出口，气相入口接所述CO2气体出口，出口接浓缩装置的入口，浓缩装置的水相出口回接所述水相储罐的入口。


5.根据权利要求4所述超临界水反应产物协同湿生物质资源化的系统，其特征在于，所述水热液化制油系统包括换热器二，换热器二的热流体入口通过高压泵接所述浓缩装置的浓缩藻浆出口和所述固油水分离器的油相出口，换热器二的热流体出口接水热液化反应器的入口，水热液化反应器的出口接换热器三的热流体入口，换热器三的热流体出口接背压装置二的入口，背压装置二的出口接油水气固分离器的入口，油水气固分离器的油相出口输出生物原油，气相出口接所述微藻光生物反应器的气相入...

【专利技术属性】
技术研发人员：王树众，郭洋，宋文瀚，杨闯，李艳辉，崔成超，蒋卓航，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61