CN209568080U - 实施微藻基生物质炼制方法的系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种实施微藻基生物质炼制方法的系统，系统包括：预处理装置，预处理装置具有藻粉出口；萃取装置，萃取装置具有藻粉进口、萃取剂进口、藻油出口和藻渣出口；转酯化装置，转醋化装置具有藻油进口、醋化剂进口、生物柴油出口；热解装置，热解装置具有藻渣进口、生物炭出口和热解油气出口；冷凝分离装置，冷凝分离具有热解油气进口、热解气出口、热解油出口和热解废水出口；加氢装置，加氢装置具有热解油进口、氢气进口和精制油出口；分馏装置，分馏装置具有精制油进口、柴油出口、汽油出口和煤油出口。由此，该系统实现了生物柴油、生物基汽油、柴油和煤油的多联产，这样提高了微藻基生物质炼制方法的经济性。

Description

实施微藻基生物质炼制方法的系统
技术领域
本实用新型涉及微藻处理技术领域，尤其是涉及一种实施微藻基生物质炼制方法的系统。
背景技术
随着全球温室效应的恶化和化石能源的日渐短缺，生物基液体燃料的研究受到越来越多的重视。作为第三代生物燃料原料，微藻生物质具有生长周期快、CO2固定效率高、光合效率显著高于陆生植物、且油脂含量高等特点。但是生物质本身具有能量密度低、与现有液体燃料运输利用体系不兼容问题。因此将固体的微藻生物质转化为液体燃料是必然利用途径之一。微藻制备油品的工艺多采用微藻中的油脂转酯化制备生物柴油为主，剩余藻渣的高效利用亟待处理。同时，当前微藻原料成本高，制备液体燃料不具有经济性。
实用新型内容
本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种实施微藻基生物质炼制方法的系统，该系统可以实现微藻的组分梯级利用，可以提高工艺的经济性。
根据本实用新型的实施微藻基生物质炼制方法的系统，包括：预处理装置，所述预处理装置具有藻粉出口；萃取装置，所述萃取装置具有藻粉进口、萃取剂进口、藻油出口和藻渣出口，所述藻粉出口和所述藻粉进口相连；转酯化装置，所述转醋化装置具有藻油进口、醋化剂进口、生物柴油出口，所述藻油出口和所述藻油进口相连；热解装置，所述热解装置具有藻渣进口、生物炭出口、热解油气出口，所述藻渣出口和所述藻渣进口相连；冷凝分离装置，所述冷凝分离具有热解油气进口、热解气出口、热解油出口和热解废水出口，所述热解油气出口和所述热解油气进口相连；加氢装置，所述加氢装置具有热解油进口、氢气进口和精制油出口，所述热解油出口和所述热解油进口相连；分馏装置，所述分馏装置具有精制油进口、柴油出口、汽油出口和煤油出口，所述精制油出口和所述精制油进口相连。
由此，该系统在利用一整套萃取、转酯化、热解、加氢和分馏步骤实现了生物柴油、生物基汽油、柴油和煤油的多联产，同时还多联产焦炭和热解气，这样实现了微藻的组分梯级利用，联产提高了微藻基生物质炼制方法的经济性。热解气可以自用于热解装置加热，多余可以输出为电、蒸汽或低值燃气。焦炭呈粉体可以进一步加工后用作活性炭，或者燃烧后产热或蒸汽自用。
在本实用新型的一些示例中，所述预处理装置包括培养池和干燥机，所述干燥机的废水管路、所述热解装置的废水管路和加氢装置的废水管路均与所述培养池相连。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本实用新型实施例的微藻基生物质炼制方法的流程图；
图2是根据本实用新型实施例的微藻基生物质炼制方法的步骤示意图；
图3是根据本实用新型实施例的实施微藻基生物质炼制方法的系统示意图。
附图标记：
系统100；
预处理装置1；培养池11；干燥机12；
萃取装置2；热解装置3；冷凝分离装置4；冷凝器41；油水分离槽42；
转醋化装置5；加氢装置6；分馏装置7。
具体实施方式
下面参考图1-图3描述根据本实用新型实施例的微藻基生物质炼制方法。
如图1和图2所示，根据本实用新型实施例的微藻基生物质炼制方法可以包括以下步骤：S1、将微藻进行预处理，得到干燥藻粉。其中，预处理包括：将微藻培养在培养池11中，将培养池11内的微藻进行干燥处理，得到干燥藻粉。培养池11包括藻种进口、废水进口和微藻出口，干燥机12包括微藻进口和藻粉出口，微藻出口与干燥机12的微藻进口相连。通过上述预处理，可以将微藻处理成干燥藻粉，这样可以便于后续的萃取和热解步骤进行。
其中，微藻絮凝采收之后含水率在90％以上，通过高速离心装置脱水后含水率降低到50％以下，后续通过转鼓式热干化或者喷雾干燥工艺，含水率可降低至10％以下。降低微藻的含水率，可以便于后续步骤的进行，可以避免产生过多水份。
S2、将干燥藻粉进行萃取，得到藻油和藻渣。其中，利用混合有机溶剂对于微藻进行油脂萃取。混合有机溶剂由二氯甲烷和甲醇构成，体积比为1.8:1-2.2:1。有机溶剂与干燥藻粉的比例可以为10L/1kg。萃取时间控制在1小时以内，萃取温度控制在30-35℃之间。
S3、将藻油进行转醋化反应，得到生物柴油，藻油经过预处理脱水、脱除杂质之后，与甲醇发生转酯化反应生成生物柴油。其中醇油摩尔比控制在25:1-30:1、催化剂采用KOH、反应温度控制在40-70℃。
将藻渣进行热解，得到生物炭和热解油气。藻渣进入热解装置3进行热解操作，热解温度控制在350-500℃左右，高温热解油气停留时间保持在5s以内，固体的藻渣急剧升温并裂解为高温热解油气和生物炭。高温热解油气由水蒸气、气态焦油、永久气和小分子烃类气体等组成。生物炭作为固体产物排出热解装置3。
S4、将热解油气进行冷凝分离，得到热解气、热解废水和热解油。高温热解油气首先经过冷凝器41再进行气液分离，气体中主要是永久气和小分子烃类气体，分离得到的热解气可以返回热解装置3作为燃料气使用。高温热解油气中的焦油、水蒸气冷却后形成油水混合物进入油水分离工序。油水分离工序依据油相和水相的密度差，将焦油和反应水离心分离。
S5、将热解油进行加氢处理，得到精制油。热解油经过预处理，如闪蒸脱水、电脱盐工艺后，进入加氢精制工艺。加氢精制工艺操作压力3-4MPa，操作温度300-350℃，总氢耗与原料焦油的摩尔比为4-8％。加氢精制所采用的催化剂为低成本常规商品化催化剂NiMo/γ-Al2O3，使用前进行预硫化操作。
S6、将精制油进行分馏处理，得到柴油、汽油和煤油。加氢精制产物直接进入分馏塔，依据组分沸点的不同，实现不同组分(汽油、煤油和柴油)的分离。其中，汽油的分馏温度范围：60-220℃，煤油的分馏温度范围：200-300℃，柴油的分馏温度范围：300-360℃。
其中，在步骤S1、S3和S5中，产生的废水返回到培养微藻的培养池11中。微藻生长过程本身具有净化水体功能，该工艺各个阶段产生的废水，包括干燥冷凝废水、转酯化、高温热解油气冷凝废水、加氢精制过程中产生的废水都可以回用于微藻养殖(培养)过程，实现了整个工艺过程的水循环，实现了微藻培养营养组分(如N、P等)的循环利用，降低水耗成本和污水净化成本。培养过程控制pH值在8左右，控制氮元素含量在20-30mg/L,微藻培养生长时间控制在8天左右。厂区各个来源污水应经过简单混合，避免有机物浓度过高，同时要经过悬浮物去除工艺，增加水体透光率。
由此，该炼制方法在利用一整套萃取、转酯化、热解、加氢和分馏步骤实现了生物柴油、生物基汽油、柴油和煤油的多联产，同时还多联产焦炭和热解气，这样实现了微藻的组分梯级利用，联产提高了微藻基生物质炼制方法的经济性。热解气可以自用于热解装置3加热，多余可以输出为电、蒸汽或低值燃气。焦炭呈粉体可以进一步加工后用作活性炭，或者燃烧后产热或蒸汽自用。
如图3所示，根据本实用新型实施例的实施微藻基生物质炼制方法的系统100，包括：预处理装置1、萃取装置2、转酯化装置、热解装置3、冷凝分离装置4、加氢装置6和分馏装置7。
预处理装置1包括培养池11和干燥机12，培养池11包括藻种进口、废水进口和微藻出口，干燥机12包括微藻进口和藻粉出口，微藻出口与干燥机12的微藻进口相连。萃取装置2具有藻粉进口、萃取剂进口、藻油出口和藻渣出口，藻粉出口和藻粉进口相连。转醋化装置5具有藻油进口、醋化剂进口、生物柴油出口，藻油出口和藻油进口相连。
热解装置3具有藻渣进口、生物炭出口、热解油气出口，藻渣出口和藻渣进口相连，冷凝分离装置4具有热解油气进口、热解气出口、热解油出口和热解废水出口，热解油气出口和热解油气进口相连，其中，冷凝分离装置4包括冷凝器41和油水分离槽42，冷凝器41具有热解油气进口与热解气和液相出口，热解油气进口与热解装置3的热解油气出口相连，油水分离槽42具有液相入口、热解油出口和废水出口，液相出口与液相入口相连，热解油出口与加氢装置6的热解油进口相连，废水出口与培养池11的废水入口相连。
加氢装置6可以为加氢塔，加氢装置6具有热解油进口、氢气进口和精制油出口，热解油出口和热解油进口相连，分馏装置7具有精制油进口、柴油出口、汽油出口和煤油出口，精制油出口和精制油进口相连。干燥机12的废水管路、热解装置3的废水管路和加氢装置6的废水管路均与培养池11相连。
由此，通过设置上述系统100，利用一整套萃取、转酯化、热解、加氢和分馏装置7实现了生物柴油、生物基汽油、柴油和煤油的多联产，同时还多联产焦炭和热解气，这样实现了微藻的组分梯级利用，联产提高了微藻基生物质炼制方法的经济性。热解气可以自用于热解装置3加热，多余可以输出为电、蒸汽或低值燃气。焦炭呈粉体可以进一步加工后用作活性炭，或者燃烧后产热或蒸汽自用。
下面给出具体实施例。
将微藻进行萃取、转酯化、快速热解多联产实验。微藻样品的组成信息如表1所示。热解前微藻样品分别脱水、干燥至粉体。然后通过萃取工艺将微藻分为两部分：藻油(约35％)和藻渣(约65％)。藻油经过转酯化操作形成生物柴油，转酯化过程生物柴油收率为85％。
藻渣进入热解装置3升温至425-475℃后，将粉体样品快速加入到热解装置3中。热解产生的高温油气经惰性气体带出后分别进行急速冷却(无水乙醇、-20℃)和油水分离。热解生物油品的产率分布在37％左右(基于藻渣质量)。所得的油品使用气相色谱-质谱联用仪测定碳数分布，热解油品在汽油、煤油碳数分布范围内均有分布。其中汽油(C4-C10)、煤油(C8-C16)前驱物的最大收率分别为51.26％、47.65％。然后将所得生物油进行加氢精制操作，加氢之后生物基汽油、煤油和柴油产率基本保持此比例。
该工艺在利用一整套萃取、转酯化、热解、加氢装置6的基础上实现了生物柴油、生物基汽油、柴油和煤油的多联产，同时还多联产焦炭和热解气。热解气可以自用于热解装置3加热，多余可以输出为电、蒸汽或低值燃气。焦炭呈粉体可以进一步加工后用作活性炭，或者燃烧后产热或蒸汽自用。微藻脱水干燥、热解、加氢精制过程中产生的废水回用于微藻培养过程。
表1微藻样品组成信息
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种实施微藻基生物质炼制方法的系统，其特征在于，包括：
预处理装置，所述预处理装置具有藻粉出口；
萃取装置，所述萃取装置具有藻粉进口、萃取剂进口、藻油出口和藻渣出口，所述藻粉出口和所述藻粉进口相连；
转酯化装置，所述转酯化装置具有藻油进口、酯化剂进口、生物柴油出口，所述藻油出口和所述藻油进口相连；
热解装置，所述热解装置具有藻渣进口、生物炭出口和热解油气出口，所述藻渣出口和所述藻渣进口相连；
冷凝分离装置，所述冷凝分离具有热解油气进口、热解气出口、热解油出口和热解废水出口，所述热解油气出口和所述热解油气进口相连；
加氢装置，所述加氢装置具有热解油进口、氢气进口和精制油出口，所述热解油出口和所述热解油进口相连；
分馏装置，所述分馏装置具有精制油进口、柴油出口、汽油出口和煤油出口，所述精制油出口和所述精制油进口相连。
2.根据权利要求1所述的实施微藻基生物质炼制方法的系统，其特征在于，所述预处理装置包括培养池和干燥机，所述干燥机的废水管路、所述热解装置的废水管路和加氢装置的废水管路均与所述培养池相连。
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CN113801667A (zh) * 2021-09-23 2021-12-17 河北工业大学 一种综合利用微藻渣的处理方法

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