CN107057741A - 一种海藻—稻壳分级水热液化制取生物油的装置及其方法 - Google Patents

一种海藻—稻壳分级水热液化制取生物油的装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及到一种海藻—稻壳分级水热液化制取生物油的装置及其方法，在一级反应釜中，加入部分氢气后，藻类生物质进行水热液化，30‑40分钟后，釜内温度与压力会达到亚临界条件，此时打开通气阀，将一级反应釜产生的气体通入置有稻壳与少量溶剂的二级反应釜，将放有稻壳的反应釜加热到超临界状态。该工艺中，未干燥藻类在亚临界状态下产生的水蒸气、烃、酯、酸等有机物，连同氢气一起通入稻壳的水热反应釜中，与稻壳水热产生的气体进行重组反应，利用两者共热解的协同作用特点，提高水热生物油的品质，同时不需要对藻类进行干燥，稻壳进行水热时也不需要额外添加溶剂，有效的降低了水热成本。

Description

一种海藻—稻壳分级水热液化制取生物油的装置及其方法
技术领域
本发明属于能源利用领域，涉及到生物质水热液化制取生物油的工艺和装置，特别涉及海藻—稻壳分级水热液化制取生物油的装置及其方法。
背景技术
为解决能源问题，我国对生物质能的研究陆续展开。目前生物质原料来源多种多样，但多面临着原料供应不足，原料成本高，原料与粮食作物的冲突以及转化工艺缺陷的问题。海藻生物质拥有巨大的开发潜力，它利用了广阔的海洋资源，生长速率高，品种多样，稻壳在日常生活中也是一种环保而又充足的生物质资源，因此，海藻与稻壳都是良好的生物质能转化的原料。
与快速热解相比，水热液化的优点在于它能转化高水分含量的物料，对于高含水率的生物质，不需要进行干燥处理，成本低廉；其缺点在于油产率相对较低，并且生物油的品质也不够好，在投入使用前还需进行提纯等工艺。
因此，本发明提出一种原料处理简单、加热成本低廉，同时高油产率、高油品质的水热液化制取生物油的工艺和装置。
发明内容
本发明的采用海藻—稻壳分级式水热液化制取生物油装置及方法，以提高水热液化制取生物油的产率和品质，进一步提高原料利用率。
本发明是通过如下技术方案得以实现的：
一种海藻—稻壳分级水热液化制取生物油的装置，包括一级反应釜、二级反应釜、增压泵和管道；所述一级反应釜与二级反应釜通过管道相连，且一级反应釜与二级反应釜之间设置有第二通气阀；所述一级反应釜一侧设置有第一通气阀和增压泵；所述二级反应釜一侧设置有第三通气阀。
进一步的，所述一级反应釜与二级反应釜上分别安装有第一压力表和第二压力表。
进一步的，所述管道上靠近一级反应釜段安装有滤网，该滤网置于一级反应釜与第二通气阀之间，用于过滤一级反应釜流入二级反应釜的物体。
基于海藻—稻壳分级式水热液化制取生物油的装置的方法，包括以下步骤：
步骤1：将海藻放入一级反应釜，关闭第二通气阀，打开第一通气阀给一级反应釜通入氮气，对釜内空气进行2～3次置换后，给一级反应釜中充入氢气至2-5mpa，关闭第一通气阀；
步骤2：保持第二通气阀的关闭状态，量取5-15ml的乙醇与一定量的稻壳置于二级反应釜中，打开第三通气阀给二级反应釜通入氮气，对釜内空气进行2～3次置换后关闭第三通气阀；
步骤3：加热一级反应釜至300℃～320℃后保持此温度，待一级反应釜内反应10～30分钟后打开通气阀，5～10分钟后一级反应釜与二级反应釜压力一致，打开增压泵给一级反应釜注入乙二醇或者二苯砜或者丙三醇等高沸点液体增压，从而将气体全部排入二级反应釜后，关闭通气阀，关闭增压泵；
步骤4：加热二级反应釜至370℃～380℃，保持此温度使其反应10～30分钟；
步骤5：反应到达指定时间后关闭电源，冷却后排出气体打开二级反应釜，将产物分离提纯。
进一步的，所述丙三醇的沸点为290℃，在一级反应结束后的5～10分钟后，一级反应釜冷却到290℃以下，在注液增压的过程中丙三醇能保持在液态。
进一步的，所述一级反应釜的反应是在亚临界条件下反应的，其反应温度是300℃～320℃。
进一步的，所述二级反应釜的反应是在超临界条件下反应的，其反应温度是370℃～380℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.海藻反应釜中生成的烃、酯、酸等有机物进入稻壳反应釜，混合后进行重组反应，能够利用藻类与稻壳共热解协调机理，取长补短，提高了生物油的品质和产率。
2.藻类反应釜中不需要干燥直接利用自身水分加热升压，减少了干燥成本。同时海藻类生物质大量灰分残渣留在了前级反应器，不影响与稻壳的水解。
3.稻壳反应釜中不加溶剂，通过加热海藻反应釜通入的亚临界气体达到超临界，因此大量节约了热能的使用，并且减少了原料的浪费。
4.充分利用了藻类生物质易分解，前级反应器亚临界下可充分水热，后级反应器中为了稻壳水热更充分采用了超临界条件；这种分级不同条件的水热系统也能适当减少了外部能量输入。
5.在注水增压的过程中，确保进入二级反应釜的只有气体，而没有固体残渣，使二级反应釜内进行的是气固两相的反应。
6.设置增压泵，在一级反应釜进行反应过后，将反应后未能进入二级反应釜的气体，通过注液增压排入二级反应釜内。
附图说明
附图1为本发明涉及到的装置的结构示意图。
附图标记如下：
1-增压泵；2-第一通气阀；3-第一压力表；4-一级反应釜；5-滤网；6-第二通气阀；7-第二压力表；8-反应釜；9-第三通气阀；10-管道。
具体实施方式
下面结合附图1以及具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
结合本发明涉及到的附图1,一种海藻—稻壳分级水热液化制取生物油的装置，包括一级反应釜4、二级反应釜8、通气阀2、6、9、滤网5、增压泵1、管道10；由第一通气阀2给一级反应釜4通入氮气(用于置换空气)与氢气，由第三通气阀9给二级反应釜8通入氮气，管道10用于连接两个反应釜；
一级反应釜4在一侧与增压泵1、第一通气阀2相连，另一侧与管道10相连；管道10中装有滤网5，管道10的另一方与二级反应釜8相连，二级反应釜8的另一侧与第三通气阀9相连；
反应分两个部分，一级反应在一级反应釜4中进行，藻类与氢气在亚临界条件下进行水热反应；二级反应在二级反应釜8中进行，一级反应产生的气体与稻壳及溶剂在超临界条件下进行水热反应。
其中，增压泵1与一级反应釜4相连，用于注液增压；滤网5置于连接两反应釜的管道10内，用于过滤一级反应釜4通入二级反应釜8的气体；
海藻—稻壳分级式水热液化制取生物油的工艺，包括以下步骤：
步骤1：将海藻(未经干燥，含水率较高)放入一级反应釜4，关闭第二通气阀6，打开第一通气阀2给一级反应釜4通入氮气，对釜内空气进行2-3次置换后，给一级反应釜4中充入氢气至2mpa，关闭通气阀2；
步骤2：保持通气阀6的关闭状态，量取5-15ml的乙醇与一定量的稻壳置于二级反应釜8中，打开第三通气阀9给二级反应釜8通入氮气，对釜内空气进行2-3次置换后关闭通气阀(9)；
步骤3：加热一级反应釜4至300℃-320℃后保持此温度，待一级反应釜4内反应10-30分钟后打开第二通气阀6，5-10分钟后两反应釜压力一致，打开增压泵1给一级反应釜4注入丙三醇增压，将气体全部排入二级反应釜8后，关闭第二通气阀6，关闭增压泵1；
步骤4：加热二级反应釜8至370℃-380℃，保持此温度使其反应10-30分钟；
步骤5：反应到达指定时间后关闭电源，冷却后排出气体打开二级反应釜8，将产物分离提纯；
设置增压泵1的目的在于，在一级反应釜4进行反应过后，将反应后未能进入二级反应釜8的气体，通过注液增压排入二级反应釜8内；丙三醇的沸点为290℃，在一级反应结束后的5-10分钟后，一级反应釜4冷却到290℃以下，在注液增压的过程中丙三醇能保持在液态；设置滤网5的目的在于，在注水增压的过程中，确保进入二级反应釜8的只有气体，而没有固体残渣，使二级反应釜8内进行的是气固两相的反应；一级反应釜4的反应是在亚临界条件下反应的，其反应温度是300℃-320℃；二级反应釜8的反应是在超临界条件下反应的，其反应温度是370℃-380℃。
实施例一：
称取3g海藻原料置于一级反应釜4中，量取10ml无水乙醇与3g稻壳粉末置于二级反应釜(8)中，密封两反应釜；
关闭第二通气阀6，打开第一通气阀2，给一级反应釜4中通入氮气，对釜内空气进行3次置换后，给一级反应釜4充入氢气至2mpa，关闭第一通气阀2；
保持通气阀(6)的关闭状态，打开第三通气阀9给二级反应釜8通入氮气，对釜内空气进行3次置换后关闭第三通气阀9；
加热一级反应釜4至300℃后保持此温度，待一级反应釜4内反应20min后打开第二通气阀6，待一级反应釜4内气体进入二级反应釜8，10分钟后两反应釜压力一致，打开增压泵1给一级反应釜4注入丙三醇增压，将气体全部排入二级反应釜8后，关闭第二通气阀6，关闭增压泵1；
加热二级反应釜8至374℃，并保持此温度使其反应20min；
反应20min后关闭电源停止加热，冷却后排出气体打开二级反应釜8，将产物分离提纯。
实施例二：
称取4g海藻原料置于一级反应釜4中，量取10ml无水乙醇与4g稻壳粉末置于二级反应釜8中，密封两反应釜；
关闭第二通气阀6，打开通气阀2，给一级反应釜4中通入氮气，对釜内空气进行3次置换后，给一级反应釜4充入氢气至2mpa，关闭通气阀2；
保持第二通气阀6的关闭状态，打开第三通气阀9给二级反应釜8通入氮气，对釜内空气进行3次置换后关闭第三通气阀9；
加热一级反应釜4至300℃后保持此温度，待一级反应釜4内反应30min后打开第二通气阀6，待一级反应釜4内气体进入二级反应釜8，10分钟后两反应釜压力一致，打开增压泵1给一级反应釜4注入丙三醇增压，将气体全部排入二级反应釜8后，关闭第二通气阀6，关闭增压泵1；
加热二级反应釜8至374℃，并保持此温度使其反应30min；
反应20min后关闭电源停止加热，冷却后排出气体打开二级反应釜8，将产物分离提纯。
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 (8)

1.一种海藻—稻壳分级水热液化制取生物油的装置，其特征在于：包括一级反应釜(4)、二级反应釜(8)、增压泵(1)和管道(10)；所述一级反应釜(4)与二级反应釜(8)通过管道(10)相连，且一级反应釜(4)与二级反应釜(8)之间设置有第二通气阀(6)；所述一级反应釜(4)一侧设置有第一通气阀(2)和增压泵(7)；所述二级反应釜(8)一侧设置有第三通气阀(9)。
2.根据权利要求1所述的海藻—稻壳分级水热液化制取生物油的装置，其特征在于：所述一级反应釜(4)与二级反应釜(8)上分别安装有第一压力表(3)和第二压力表(7)。
3.根据权利要求1所述的海藻—稻壳分级水热液化制取生物油的装置，其特征在于：所述管道(10)上靠近一级反应釜(4)段安装有滤网(5)，该滤网(5)置于一级反应釜(4)与第二通气阀(6)之间，用于过滤一级反应釜(4)流入二级反应釜(8)的物体。
4.根据权利要求1至3任一项所述的基于海藻—稻壳分级式水热液化制取生物油的装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将海藻放入一级反应釜(4)，关闭第二通气阀(6)，打开第一通气阀(2)给一级反应釜(4)通入氮气，对釜内空气进行2～3次置换后，给一级反应釜(4)中充入氢气至2-5mpa，关闭第一通气阀(2)；
步骤2：保持第二通气阀(6)的关闭状态，量取5-15ml的乙醇与一定量的稻壳置于二级反应釜(8)中，打开第三通气阀(9)给二级反应釜(8)通入氮气，对釜内空气进行2～3次置换后关闭第三通气阀(9)；
步骤3：加热一级反应釜(4)至300℃～320℃后保持此温度，待一级反应釜(4)内反应10～30分钟后打开通气阀(6)，5～10分钟后一级反应釜(4)与二级反应釜(8)压力一致，打开增压泵(1)给一级反应釜(4)注入乙二醇或者二苯砜或者丙三醇等高沸点液体增压，从而将气体全部排入二级反应釜(8)后，关闭通气阀(6)，关闭增压泵(1)；
步骤4：加热二级反应釜(8)至370℃～380℃，保持此温度使其反应10～30分钟；
步骤5：反应到达指定时间后关闭电源，冷却后排出气体打开二级反应釜(8)，将产物分离提纯。
5.根据权利要求4所述的海藻—稻壳分级式水热液化制取生物油的方法，其特征在于，所述丙三醇的沸点为290℃，在一级反应结束后的5～10分钟后，一级反应釜(4)冷却到290℃以下，在注液增压的过程中丙三醇能保持在液态。
6.根据权利要求4所述的海藻—稻壳分级式水热液化制取生物油的方法，其特征在于，所述一级反应釜(4)的反应是在亚临界条件下反应的，其反应温度是300℃～320℃。
7.根据权利要求4所述的海藻—稻壳分级式水热液化制取生物油的方法，其特征在于，所述二级反应釜(8)的反应是在超临界条件下反应的，其反应温度是370℃～380℃。
8.根据权利要求4所述的海藻—稻壳分级式水热液化制取生物油的方法，其特征在于，所述步骤5中的指定时间为30min。
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