[發明專利]基于蒸汽再壓縮和熱量交換集成的微藻聯合處理裝置

在審

• 申請號: 201710394218.3
• 申請日: 2017-05-28
• 公開（公告）號: CN107057838A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 宋春風;謝美連;孫亞偉;劉慶嶺;紀娜;付連文;溫宏偉
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C11B1/04
• 分類號: C11B1/04;C11B1/10;B01D11/02;C10L1/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 程小艷

技術領域

本發明涉及微藻高能效處理技術領域，具體涉及一種基于蒸汽再壓縮和熱量交換集成的微藻聯合處理裝置。

背景技術

化石燃料的逐漸衰竭及其導致的溫室效應等問題促進了可再生能源的快速發展。生物能源展現了可持續性、環境友好性以及很好地適應性，此外，生物能源還可以降低CO₂的排放，是一種很好的化石燃料替代品。

生物能源按其原料不同大致可分為三代。第一代生物能源其原料包括糖、谷物以及油料作物種子等，但是由于其對耕地的占用，利用以可食用生物質為原料的生物能源是不切實際的；第二代生物能源原料是非食用性纖維素生物質，包括農林廢棄物以及非食用性生物質，但是對第二代生物能源的利用還存在一系列的技術問題；第三代生物能源原料則以微藻為主。一些微藻在適宜的環境條件下，每單位質量的干藻最高可以生產50_～70％的油脂。然而，在工業化生產之前，必須解決技術和經濟問題。微藻復雜的生產路線(包括培養、收獲、干燥、油脂萃取和酯基轉移)導致了生物柴油的高生產費用。

干燥和油脂萃取是油脂萃取一系列生產路線中耗能最大的部分，占用了大約90％的能量。傳統工藝中油脂萃取時僅將分餾柱頂部的溶劑回收，沒有充分利用熱能；干燥系統僅僅利用干燥后的干藻通過與濕藻交換能量來降低預加熱過程的能量需求，沒有充分利用熱能。盡管微藻干燥中的熱循環技術以及用有機溶劑進行油脂萃取等技術一直在不斷發展，對于微藻干燥和油脂萃取的綜合能量評估仍舊缺乏。

發明內容

為了克服現有技術不足，本發明提供了一種基于蒸汽再壓縮和熱量交換集成的微藻聯合處理裝置。

本發明的技術方案是基于蒸汽再壓縮和熱量交換集成的微藻聯合處理裝置，包括微藻干燥、油脂萃取和溶劑回收三個系統，所述微藻干燥和所述溶劑回收兩個系統均設置有蒸汽再壓縮步驟；

其中，所述微藻干燥系統包括蒸發器，所述蒸發器的入口管路上連接有串聯的兩段換熱器以及入口泵，所述蒸發器頂部出口管路連接至分離器Ⅲ的入口，所述蒸發器底部出口管路與所述分離器Ⅲ底部出口管路一起連接至混合器入口，所述分離器Ⅲ頂部出口管路連接至壓縮機的入口，所述壓縮機的出口管路連通至所述兩段換熱器中第二段換熱器內熱交換后串聯一冷卻器，所述混合器的出口管路連通至所述兩段換熱器中第一段換熱器內熱交換后連接至所述油脂萃取系統；

其中，所述油脂萃取系統包括混合器，所述混合器內由干藻與溶劑匯入，所述混合器的出口管路依次連接裂解反應器、分離器Ⅰ、換熱器Ⅰ以及分餾柱，所述分餾柱的底部出口管經換熱器Ⅱ連接分離器Ⅱ分離出藻油；

其中，所述溶劑回收系統包括在所述分餾柱的頂部出口管上連接壓縮機和分流器，分流器分流成兩路熱交換：一路泵入換熱器Ⅰ、另一路連接換熱器Ⅱ，所述換熱器Ⅰ和換熱器Ⅱ分別為所述分餾柱前混合物和所述分餾柱底部油脂/溶劑混合物加熱，兩路熱交換后匯合至所述混合器的入口。

所述裂解反應器的頂部設置有廢氣排放口。

所述分離器Ⅰ的底部設置有固體廢物排放管。

所述換熱器Ⅰ經冷卻器連接至所述混合器的入口。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

1、相對傳統的微藻干燥系統而言，本發明對干燥器頂端的氣體進行了蒸汽再壓縮，進入第二段換熱器和濕藻交換熱量，同時還利用干燥后的干藻同濕藻進行能量的交換。在微藻干燥過程進行蒸汽再壓縮，提高了能效并且同濕藻交換能量，同時還實現了濕藻和干藻能量的互換；溶劑回收階段，通過對分餾柱頂部能量回收以及引入壓縮機，回收分餾柱頂部氣流的能量，用于蒸餾前混合物和分餾柱底部油脂/溶劑加熱，提高能效，免去設置預熱器和重沸器。

2、本發明微藻油脂萃取系統，該系統對蒸餾柱中得到的餾出物進行了蒸汽再壓縮，一部分再壓縮的氣流回到換熱器和油脂/溶劑混合物交換能量，另一部分再壓縮的氣流進入換熱器用于加熱底部氣流(精油)。

3、本發明結構簡單，易于實現，相對傳統工藝節約了35.3％(傳統工藝整個系統能耗14.55MW，改進的系統9.43MW)的能量，整過程很好地降低了操作費用，并實現了對微藻干燥和油脂萃取的綜合分析。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

附圖標記：1—入口泵，2—第一段換熱器，3—第二換熱器，4—蒸發器，5—分離器Ⅲ，7—壓縮機，8—冷卻器，6、9—混合器，8、10—冷卻器，11—裂解反應器，12—分離器Ⅰ，13—換熱器Ⅰ，14—分餾柱，15—分離器Ⅱ，16—壓縮機，17—分流器，18—換熱器Ⅱ。