CN105602833B - 一种利用化学链燃烧co2以及灰分培养微藻的系统和工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于能源利用领域，涉及一种利用化学链燃烧CO2以及灰分培养微藻的系统和工艺。化学链燃烧工艺中，采用高温水蒸气作为流化载气以及燃料的气化介质，以Fe2O3为载氧体，燃烧产物主要为H2O与CO2，并分别收集；微藻培养装置采用环绕式的管状培养容器，模拟自然生长环境，CO2通入到容器中强化微藻的光合作用，从而促进微藻的生长速率，并将化学链燃烧产生的灰分中的碱金属成分利用于微藻培养液的制备。本发明将化学链燃烧工艺和微藻培养紧密结合，充分利用了化学链的两段反应而得到高浓度CO2，用以促进微藻的培养，并利用了燃烧产生的灰分，用于制备微藻培养液；提升了微藻培养的速率和品质，节省培养成本，并实现了对化学链燃烧装置及产物的综合利用。
Description
技术领域
本发明属于能源利用领域，涉及到微藻的培养以及化学链燃烧的工艺，具体涉及微藻培养对化学链CO2以及灰分的利用。
背景技术
目前，普通的燃烧工艺是使燃料与空气直接接触发生燃烧反应，燃烧所产生的灰分对燃烧反应器运行的影响，以及排出后对环境的污染烟气排放对环境的污染是一个重要的问题。此外，燃烧产生的烟气对环境造成严重破坏，而对烟气的处理工艺又十分复杂，成本较高，其中CO2的排放量对温室效应以及其他环境污染问题的影响，使之成为亟待解决的问题。
微藻的生长环境广泛分布于陆地、海洋，是一种光和利用度很高的自养植物。微藻的成分中富含酯类和甘油，是制备液体燃料的良好原料，可用于制备生物柴油。微藻作为碳三植物，需要较高的CO2补偿点，微藻培养一般需要适合的温度和光照，CO2的供给等等因素。
因此，希望可以结合燃烧工艺和微藻培养工艺，提供一种解决燃烧灰分与烟气排放的污染，以及微藻培养的高CO2补偿点的工艺及装置。
发明内容
本发明目的在于提供一种利用化学链燃烧CO2以及灰分培养微藻的工艺和系统，化学链燃烧的基本原理是将传统的燃料与空气直接接触反应的燃烧借助于载氧剂的作用分解为2个气固反应，燃料与空气无需接触，从而实现燃料高效转化、二氧化碳内分离和产物低NOx，低二恶英等特点。并将燃烧灰分利用于微藻培养液的制备，将内分离得到的高浓度CO2利用于实现微藻培养所需的CO2补偿点。
发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种利用化学链燃烧CO2以及灰分培养微藻的系统，其特征在于，该装置包括化学链燃烧装置和微藻培养装置，所述的化学链燃烧装置包括燃烧反应器、空气反应器、旋风分离器，螺旋给料装置，除尘器、气液分离器、换热器；微藻培养装置包括：微藻培养装置、培养液制备装置、太阳能装置、CO2供给端口。
所述螺旋给料装置连接燃烧反应器入口，燃烧反应器的出口连接旋风分离器，所述旋风分离器的固体出口连接空气反应器，空气反应器具有溢流出口与燃烧反应器相连；所述旋风分离器的气体出口连除尘器，所述除尘器的固体出口连接微藻培养液制备装置，所述除尘器的气体出口进入换热器，换热器尾部出口连接气液分离器，气液分离器的液体出口与微藻培养液制备装置相连，气液分离器的气体出口与CO2供给端口相连进入微藻培养装置，所述微藻培养装置与微藻培养液制备装置相连通；
所述燃烧反应器上设有进气孔Ⅰ，由外界提供空气；所述空气反应器上设有进气孔Ⅱ，由外界提供水蒸气。
燃烧反应器采用快速流化床，空气反应器采用鼓泡流化床；燃烧反应器温度稳定于900℃-1200℃，空气反应器稳定于600℃-900℃；
所述微藻培养装置两侧壁面对应开有若干小孔，所述小孔直径为2-4mm，作为CO2供给端口；
所述系统还配有太阳能装置与LED光源，利用太阳能电池储存电能，作为辅助光源；
所述微藻培养装置采用双环绕形容器，利用喷入的CO2带动培养液在容器中循环流动。
采用上述的装置进行一种利用化学链燃烧CO2以及灰分培养微藻的工艺，具体步骤包括：
步骤1：给料进入燃烧反应器中发生第一段化学链反应，燃烧反应器以Fe2O3/Fe3O4为载氧体，旋风分离器连接空气反应器，旋风分离器中的固体进入空气反应器进行第二段化学链燃烧反应组成循环；旋风分离器中的气体依次进入除尘器、换热器、气液分离器；
步骤2：除尘器的固体出口、气液分离的液体出口均与微藻培养液制备装置连接，微藻培养液制备装置直接为微藻培养装置提供微藻培养液；
步骤3：气液分离器气体出口获得的CO2气体直接通过CO2供给端口送入微藻培养装置中。
该工艺中将化学链燃烧的灰分与载气凝结所获的冷凝水利用于微藻培养液制备装置的培养液制备中。并将化学链燃烧产生的高浓度CO2利用于微藻培养装置的CO2供给。
与现有技术比较，本发明具有以下优点：
（1）微藻作为碳三植物，需要较高的CO2补偿点，在高浓度的CO2环境下，光合作用速率可以超过碳四植物。所以微藻适于在高CO2浓度下培养，利用化学链燃烧两段反应获得很高纯度的CO2通入微藻培养装置，可以提高微藻的存活率、光合作用速率，从而促进微藻的生长和品质。
（2）焦炭燃烧所产生的灰分中含有碱金属成分，以及从水蒸气载气冷凝水中的少量硝酸根、硫酸根、磷酸根离子，都是微藻培养液的重要组分，利用二者参与微藻培养液的制备，可以促进微藻的生长，同时降低微藻的培养成本。
（3）整个工艺和系统充分利用了化学链的两段反应而得到高浓度CO2，用以促进微藻的培养，并利用了燃烧产生的灰分，用于制备微藻培养液。该工艺提升了微藻培养的速率和品质，并降低了培养成本，同时实现了对化学链燃烧装置及产物的全面和综合的利用。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为微藻培养装置示意图。
附图标记说明：
1、螺旋给料装置，2、燃烧反应器，3、旋风分离器，4、除尘器，5、换热器，6、气液分离器，7、CO2供给端口，8、微藻培养装置，9、太阳能装置，10、微藻培养液制备装置，11、空气反应器。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明是一种利用化学链燃烧CO2以及灰分培养微藻的工艺和系统，如图1所示，该装置包括化学链燃烧装置和微藻培养装置，所述的化学链燃烧装置包括燃烧反应器2、空气反应器11、旋风分离器3，螺旋给料装置1，除尘器4、气液分离器6、换热器5；微藻培养装置包括：微藻培养装置8、培养液制备装置10、太阳能装置9、CO2供给端口7。
本发明系统工作过程为：化学链反应装置的燃烧反应器2中，CO2和水蒸气以及灰分进入旋风分离器3后，进入除尘器4，灰分被分离进入微藻培养液制备装置10用于微藻的培养液制备，CO2和水蒸气进入换热器5为外部供热装置提供热量后进入气液分离器6进行气液分离，水分通入微藻培养液制备装置10，CO2通入微藻培养装置8中促进光合作用，并用气体带动培养液循环流动，模拟自然环境；利用太阳能装置9储存电能作为辅助光源。整个工艺和系统充分利用了化学链的两段反应而得到高浓度CO2，用以促进微藻的培养，并利用了燃烧产生的灰分，用于制备微藻培养液。该工艺提升了微藻培养的速率和品质，并降低了培养成本，并实现了对化学链燃烧装置及产物的全面和综合的利用。
本发明的实施方式不限于此，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。
实施例：
一种利用化学链燃烧CO2以及灰分培养微藻的工艺和系统，化学链燃烧装置中，燃烧反应器采用快速流化床，空气反应器采用鼓泡流化床，载氧体为Fe2O3/Fe3O4，旋风分离器分离载氧体和烟气与灰分，载氧体进入空气反应器，发生反应后，通过溢流的方式送回燃烧反应器。分离出的烟气与灰分进入除尘器，收集分离出的燃烧灰分；烟气进入换热器给外部装置提供热量后，进入气液分离器，对分离产物分别收集。
燃烧反应器温度稳定于800℃，空气反应器稳定与700℃。焦炭燃烧产生的灰分中含有碱金属，将除尘器分离并收集的灰分与气液分离器后收集的水分一同送入微藻培养液制备装置。
收集的CO2通过布置在微藻培养装置壁面的多个,3mm的小孔喷入培养液中。微藻作为碳三植物，需要较高的CO2补偿点，适于在高CO2浓度下培养，提升微藻存活率、光合作用速率，从而促进微藻生长。微藻培养装置采用双环绕形容器，利用喷入的CO2带动培养液在容器中循环流动，模拟自然水环境。微藻培养装置配有太阳能装置，利用太阳能电池储存电能，在光照强度不足时，用以提供辅助光照。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种利用化学链燃烧CO2以及灰分培养微藻的系统，其特征在于，包括化学链燃烧装置和微藻培养装置，所述的化学链燃烧装置包括燃烧反应器（2）、空气反应器（11）、旋风分离器（3），螺旋给料装置（1），除尘器（4）、气液分离器（6）、换热器（5）；微藻培养装置包括：微藻培养装置（8）、微藻培养液制备装置（10）、太阳能装置（9）、CO2供给端口（7）；
所述螺旋给料装置（1）连接燃烧反应器（2）入口，燃烧反应器（2）的出口连接旋风分离器（3），所述旋风分离器（3）的固体出口连接空气反应器（11），空气反应器（11）具有溢流出口与燃烧反应器（2）相连；所述旋风分离器（3）的气体出口连除尘器（4），所述除尘器（4）的固体出口连接微藻培养液制备装置（10），所述除尘器（4）的气体出口进入换热器（5），换热器（5）尾部出口连接气液分离器（6），气液分离器（6）的液体出口与微藻培养液制备装置（10）相连，气液分离器（6）的气体出口与CO2供给端口（7）相连进入微藻培养装置（8），所述微藻培养装置（8）与微藻培养液制备装置（10）相连通；
所述燃烧反应器（2）上设有进气孔Ⅰ，由外界提供空气；所述空气反应器（11）上设有进气孔Ⅱ，由外界提供水蒸气。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃烧反应器（2）采用快速流化床，所述空气反应器（11）采用鼓泡流化床。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述燃烧反应器（2）温度稳定于900℃-1200℃，所述空气反应器（11）稳定于600℃-900℃。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微藻培养装置（8）两侧壁面对应开有若干小孔，所述小孔直径为2-4mm，作为CO2供给端口（7）。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还配有太阳能装置（9）与LED光源，利用太阳能电池储存电能，作为辅助光源。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微藻培养装置（8）采用双环绕形容器，利用喷入的CO2带动培养液在容器中循环流动。
7.采用如权利要求1至6中任一项所述的系统进行一种利用化学链燃烧CO2以及灰分培养微藻的工艺，具体步骤包括：
步骤1：给料进入燃烧反应器（2）中发生第一段化学链反应，燃烧反应器以Fe2O3/Fe3O4为载氧体，旋风分离器（3）连接空气反应器（11），旋风分离器（3）中的固体进入空气反应器（11）进行第二段化学链燃烧反应组成循环；旋风分离器（3）中的气体依次进入除尘器（4）、换热器（5）、气液分离器（6）；
步骤2：除尘器（4）的固体出口、气液分离器（6）的液体出口均与微藻培养液制备装置（10）连接，微藻培养液制备装置（10）直接为微藻培养装置（8）提供微藻培养液；
步骤3：气液分离器（6）气体出口获得的CO2气体直接通过CO2供给端口（7）送入微藻培养装置（8）中。
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Legal Events
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Application publication date: 20160525 Assignee: Shandong Xinhong Photoelectric Technology Co.,Ltd. Assignor: JIANGSU University Contract record no.: X2024980015195 Denomination of invention: A system and process for cultivating microalgae using chemical chain combustion of CO2and ash content Granted publication date: 20171117 License type: Common License Record date: 20240913 |
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Effective date of registration: 20241118 Address after: Room 1208, 12th Floor, Wuli Industrial Building, No. 9 Wuli Road, Runzhou District, Zhenjiang City, Jiangsu Province, China 212000 Patentee after: Jiangsu Lepu Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: Zhenjiang City, Jiangsu Province, 212013 Jingkou District Road No. 301 Patentee before: JIANGSU University Country or region before: China |
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