一种利用电厂抽汽微藻水热液化制取生物油的装置和工艺

摘要

本发明属于能源利用领域，涉及到一种利用电厂汽轮机抽汽进行微藻水热液化制取生物油的装置和工艺。电厂汽轮机抽汽为高温高压状态的水蒸汽，将第四级抽汽利用于微藻的水热液化反应。汽轮机四抽蒸汽分流两路，一路直接通入高压釜内隔层中，另一路作为热源通入高压釜外隔层。微藻水热液化反应中，采用微藻和乙醇配比给料，并在高压釜内部设置网状滤层，布置HZSM-5催化剂。本发明充分利用了电厂汽轮机做过部分功后的水蒸汽，将其压力和温度利用于微藻水热液化反应制取生物油的工艺中，改进了常规水热液化工艺利用电加热达到溶剂临界值，降低了大量能耗，使制取生物油的成本降低，改善制油效率提升油品。

说明书

技术领域

本发明属于能源利用领域，涉及到微藻水热液化制取生物油的工艺和装置，特别涉及利用电厂汽轮机做过功的部分高温高压水蒸汽实现水热液化的反应条件。

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。微藻是一种光合速率、生长速率高的碳三植物。在生物质能源转化领域中，相比于其他生物质，微藻养殖不与粮食作物争夺陆地空间，光合速率高、可积累大量油脂。对生物质的利用方式中，生物油是近年来大规模发展的生物液体燃料之一，具有无污染、可再生、来源广泛等一系列优点。快速热裂解制油是一种较多采用的工艺。但热裂解工艺只能转化低水分含量的物料，对于高含水率的生物质，需进行干燥处理，成本高。

水热液化相比于快速热裂解工艺，虽然水热液化工艺生物油产率相对较低，但适用于高含水量的生物质原料，生物质的水热液化反应一般采用临界状态的水作为溶剂，在临界状态下水具有类似于有机溶剂的性质，与生物质发生热化学转化反应制取生物油。但常规水热液化制取生物油工艺加热速率低，能耗高。

因此，希望提供一种原料来源充足，不与粮征地，工艺能耗、成本低的装置及工艺。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用电厂汽轮机抽汽进行微藻水热液化制取生物油的装置，完全适配于类似微藻的高含水率生物质，并降低传统工艺对于实现反应条件的高能耗及成本。

发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种利用电厂汽轮机抽汽进行微藻水热液化制取生物油的装置，包括：高压釜内隔层、高压釜外隔层、汽轮机四抽水蒸汽入口、高压釜内隔层给汽阀门，高压釜外隔层给汽阀门、一级给料阀门、二级给料阀门、冷凝罐；

汽轮机四抽水蒸汽入口分为两路，一路通过高压釜内隔层给汽阀门连接高压釜内隔层，所述高压釜内隔层的出口处通过第一阀门与冷凝罐相连；另一路通过高压釜外隔层给汽阀门连接高压釜外隔层；所述高压釜外隔层的出口处通过第二阀门与冷凝罐相连；

所述高压釜内隔层还设有给料段，且给料段与高压釜内隔层给汽阀门位于高压釜同侧，所述给料段上由外侧向内侧依次设有一级给料阀门和二级给料阀门；

所述一级给料阀门处有气力输送端口，所述气力输送端口连接外部装置进行通气。

抽取电厂汽轮机四抽1MPa-1.2MPa、360℃-400℃水蒸汽，通过汽轮机四抽水蒸汽入口送入高压釜中。

所述高压釜内隔层的进口与出口之间设有催化剂滤层，放置HZSM-5催化剂。

高压釜内隔层进行水热液化反应，高压釜外隔层通入分流的汽轮机四抽水蒸汽作为高压釜热源，所述高压釜内隔层与高压釜外隔层内均设有测温与测压点。

所述给料段为角度向上倾斜设置，与水平面呈30°~45°。

采用上述的装置进行微藻水热法制取生物油，具体步骤包括：

步骤1：将微藻和乙醇按1:8-1:12的配比调制，制得微藻藻浆；

步骤2：给料：打开一级给料阀门，进行第一段给料，给料结束后关闭一级给料阀门，打开二级给料阀门将原料送入高压釜内隔层；

步骤3：两段给料完成后，通过气力输送端口通入高压釜内隔层氢气，对高压釜内隔层的空气进行2-3次置换，排出空气；

步骤4：打开高压釜内隔层给汽阀门与高压釜外隔层给汽阀门，汽轮机四抽水蒸汽分为两路输送，通入高压釜内隔层与高压釜外隔层，高压釜内层内水蒸汽达到压力平衡后即关闭高压釜内隔层阀门停止给汽输送；另一路汽轮机四抽水蒸汽通入高压釜外隔层中作为加热热源，压力平衡后关闭高压釜外隔层给汽阀门停止输送，在高压釜外隔层温度降低至330℃-360℃以下时继续置换通汽；

步骤5；反应10-90min后反应停止，关闭汽轮机四抽水蒸汽入口阀门、11，打开高压釜内隔层的第一阀门，将高压气体排入冷凝罐中，冷凝后进一步分离。

步骤1中，每次进料量在高压釜内隔层容积的1/3-2/3；

本发明工艺中，给料前还包括在高压釜内隔层的进口与出口之间设置催化剂滤层，并在催化剂滤层上放置HZSM-5催化剂的步骤。

与现有技术比较，本发明具有以下优点：

（1）微藻水热液化制取生物油的工艺中，利用了电厂汽轮机做过部分功的第四级抽汽，以此实现液化的高温高压反应条件。一方面利用了汽轮机四抽的能量，节约了一般工艺用电加热达到临界条件的巨大能耗；另一方面实现了快速升温，提升了制取生物油的品质。

（2）反应工艺中采用了乙醇溶剂和HZSM-5催化剂，降低了水热反应所需达到的临界值条件，降低了能耗，并对反应釜内空气进行置换，使乙醇联合氢气产生加氢作用，改善了生物油的产率和热值。

附图说明

图1为本发明结构示意图

附图标记说明：

1、汽轮机四抽水蒸汽入口，2、第一阀门，3、冷凝罐，4、高压釜外隔层，5、高压釜内隔层，6、催化剂滤层，7、气力输送接口，8、一级给料阀门，9、二级给料阀门，10、高压釜内隔层给汽阀门，11、高压釜外隔层给汽阀门，12-第二阀门。

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。

利用电厂汽轮机抽汽进行微藻水热液化的高压反应釜装置，主要包括给料装置，反应釜，冷凝罐几部分。

实施例一：

将微藻和乙醇按1:8的配比调制，制得微藻藻浆。每次进料量在高压釜内隔层5容积的1/3；

放置HZSM-5催化剂后开始给料，两段给料完成后，通过气力输送端口7通入高压釜内隔层5氢气，对高压釜内隔层5的空气进行2次置换，排出空气；

打开高压釜内隔层给汽阀门11与高压釜外隔层给汽阀门10，汽轮机四抽水蒸汽分为两路输送，通入高压釜内隔层5与外隔层4，高压釜内层5与水蒸汽达到压力平衡后即关闭高压釜内隔层阀门11停止给汽输送；另一路汽轮机四抽水蒸汽通入高压釜外隔层4中作为加热热源，压力平衡后关闭高压釜外隔层给汽阀门10停止输送，在高压釜外隔层温度降低至330℃以下时继续置换通汽；

反应20min后反应停止，关闭汽轮机四抽水蒸汽入口两阀门10、11，打开高压釜内隔层排气阀，将高压气体排入冷凝罐3中，冷凝后进一步分离。

实施例二：

将微藻和乙醇按1:12的配比调制，制得微藻藻浆。每次进料量在高压釜内隔层5容积的2/3；

放置HZSM-5催化剂后开始给料，两段给料完成后，通过气力输送端口7通入高压釜内隔层5氢气，对高压釜内隔层5的空气进行3次置换，排出空气；

打开高压釜内隔层给汽阀门11与高压釜外隔层给汽阀门10，汽轮机四抽水蒸汽分为两路输送，通入高压釜内隔层5与外隔层4，高压釜内层5与水蒸汽达到压力平衡后即关闭高压釜内隔层阀门11停止给汽输送；另一路汽轮机四抽水蒸汽通入高压釜外隔层4中作为加热热源，压力平衡后关闭高压釜外隔层给汽阀门10停止输送，在高压釜外隔层温度降低至360℃以下时继续置换通汽；

反应90min后反应停止，关闭汽轮机四抽水蒸汽入口两阀门10、11，打开高压釜内隔层排气阀，将高压气体排入冷凝罐3中，冷凝后进一步分离。

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。