本發(fā)明屬于能源利用領(lǐng)域，涉及到生物質(zhì)水熱液化制取生物油的工藝和裝置，特別涉及海藻—稻殼分級水熱液化制取生物油的裝置及其方法。

背景技術(shù)：

為解決能源問題，我國對生物質(zhì)能的研究陸續(xù)展開。目前生物質(zhì)原料來源多種多樣，但多面臨著原料供應(yīng)不足，原料成本高，原料與糧食作物的沖突以及轉(zhuǎn)化工藝缺陷的問題。海藻生物質(zhì)擁有巨大的開發(fā)潛力，它利用了廣闊的海洋資源，生長速率高，品種多樣，稻殼在日常生活中也是一種環(huán)保而又充足的生物質(zhì)資源，因此，海藻與稻殼都是良好的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化的原料。

與快速熱解相比，水熱液化的優(yōu)點在于它能轉(zhuǎn)化高水分含量的物料，對于高含水率的生物質(zhì)，不需要進(jìn)行干燥處理，成本低廉；其缺點在于油產(chǎn)率相對較低，并且生物油的品質(zhì)也不夠好，在投入使用前還需進(jìn)行提純等工藝。

因此，本發(fā)明提出一種原料處理簡單、加熱成本低廉，同時高油產(chǎn)率、高油品質(zhì)的水熱液化制取生物油的工藝和裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的采用海藻—稻殼分級式水熱液化制取生物油裝置及方法，以提高水熱液化制取生物油的產(chǎn)率和品質(zhì)，進(jìn)一步提高原料利用率。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案得以實現(xiàn)的：

一種海藻—稻殼分級水熱液化制取生物油的裝置，包括一級反應(yīng)釜、二級反應(yīng)釜、增壓泵和管道；所述一級反應(yīng)釜與二級反應(yīng)釜通過管道相連，且一級反應(yīng)釜與二級反應(yīng)釜之間設(shè)置有第二通氣閥；所述一級反應(yīng)釜一側(cè)設(shè)置有第一通氣閥和增壓泵；所述二級反應(yīng)釜一側(cè)設(shè)置有第三通氣閥。

進(jìn)一步的，所述一級反應(yīng)釜與二級反應(yīng)釜上分別安裝有第一壓力表和第二壓力表。

進(jìn)一步的，所述管道上靠近一級反應(yīng)釜段安裝有濾網(wǎng)，該濾網(wǎng)置于一級反應(yīng)釜與第二通氣閥之間，用于過濾一級反應(yīng)釜流入二級反應(yīng)釜的物體。

基于海藻—稻殼分級式水熱液化制取生物油的裝置的方法，包括以下步驟：

步驟1：將海藻放入一級反應(yīng)釜，關(guān)閉第二通氣閥，打開第一通氣閥給一級反應(yīng)釜通入氮氣，對釜內(nèi)空氣進(jìn)行2～3次置換后，給一級反應(yīng)釜中充入氫氣至2-5mpa，關(guān)閉第一通氣閥；

步驟2：保持第二通氣閥的關(guān)閉狀態(tài)，量取5-15ml的乙醇與一定量的稻殼置于二級反應(yīng)釜中，打開第三通氣閥給二級反應(yīng)釜通入氮氣，對釜內(nèi)空氣進(jìn)行2～3次置換后關(guān)閉第三通氣閥；

步驟3：加熱一級反應(yīng)釜至300℃～320℃后保持此溫度，待一級反應(yīng)釜內(nèi)反應(yīng)10～30分鐘后打開通氣閥，5～10分鐘后一級反應(yīng)釜與二級反應(yīng)釜壓力一致，打開增壓泵給一級反應(yīng)釜注入乙二醇或者二苯砜或者丙三醇等高沸點液體增壓，從而將氣體全部排入二級反應(yīng)釜后，關(guān)閉通氣閥，關(guān)閉增壓泵；

步驟4：加熱二級反應(yīng)釜至370℃～380℃，保持此溫度使其反應(yīng)10～30分鐘；

步驟5：反應(yīng)到達(dá)指定時間后關(guān)閉電源，冷卻后排出氣體打開二級反應(yīng)釜，將產(chǎn)物分離提純。

進(jìn)一步的，所述丙三醇的沸點為290℃，在一級反應(yīng)結(jié)束后的5～10分鐘后，一級反應(yīng)釜冷卻到290℃以下，在注液增壓的過程中丙三醇能保持在液態(tài)。

進(jìn)一步的，所述一級反應(yīng)釜的反應(yīng)是在亞臨界條件下反應(yīng)的，其反應(yīng)溫度是300℃～320℃。

進(jìn)一步的，所述二級反應(yīng)釜的反應(yīng)是在超臨界條件下反應(yīng)的，其反應(yīng)溫度是370℃～380℃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1.海藻反應(yīng)釜中生成的烴、酯、酸等有機物進(jìn)入稻殼反應(yīng)釜，混合后進(jìn)行重組反應(yīng)，能夠利用藻類與稻殼共熱解協(xié)調(diào)機理，取長補短，提高了生物油的品質(zhì)和產(chǎn)率。

2.藻類反應(yīng)釜中不需要干燥直接利用自身水分加熱升壓，減少了干燥成本。同時海藻類生物質(zhì)大量灰分殘渣留在了前級反應(yīng)器，不影響與稻殼的水解。

3.稻殼反應(yīng)釜中不加溶劑，通過加熱海藻反應(yīng)釜通入的亞臨界氣體達(dá)到超臨界，因此大量節(jié)約了熱能的使用，并且減少了原料的浪費。

4.充分利用了藻類生物質(zhì)易分解，前級反應(yīng)器亞臨界下可充分水熱，后級反應(yīng)器中為了稻殼水熱更充分采用了超臨界條件；這種分級不同條件的水熱系統(tǒng)也能適當(dāng)減少了外部能量輸入。

5.在注水增壓的過程中，確保進(jìn)入二級反應(yīng)釜的只有氣體，而沒有固體殘渣，使二級反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行的是氣固兩相的反應(yīng)。

6.設(shè)置增壓泵，在一級反應(yīng)釜進(jìn)行反應(yīng)過后，將反應(yīng)后未能進(jìn)入二級反應(yīng)釜的氣體，通過注液增壓排入二級反應(yīng)釜內(nèi)。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明涉及到的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記如下：

1-增壓泵；2-第一通氣閥；3-第一壓力表；4-一級反應(yīng)釜；5-濾網(wǎng)；6-第二通氣閥；7-第二壓力表；8-反應(yīng)釜；9-第三通氣閥；10-管道。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖1以及具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

結(jié)合本發(fā)明涉及到的附圖1,一種海藻—稻殼分級水熱液化制取生物油的裝置，包括一級反應(yīng)釜4、二級反應(yīng)釜8、通氣閥2、6、9、濾網(wǎng)5、增壓泵1、管道10；由第一通氣閥2給一級反應(yīng)釜4通入氮氣(用于置換空氣)與氫氣，由第三通氣閥9給二級反應(yīng)釜8通入氮氣，管道10用于連接兩個反應(yīng)釜；

一級反應(yīng)釜4在一側(cè)與增壓泵1、第一通氣閥2相連，另一側(cè)與管道10相連；管道10中裝有濾網(wǎng)5，管道10的另一方與二級反應(yīng)釜8相連，二級反應(yīng)釜8的另一側(cè)與第三通氣閥9相連；

反應(yīng)分兩個部分，一級反應(yīng)在一級反應(yīng)釜4中進(jìn)行，藻類與氫氣在亞臨界條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)；二級反應(yīng)在二級反應(yīng)釜8中進(jìn)行，一級反應(yīng)產(chǎn)生的氣體與稻殼及溶劑在超臨界條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)。

其中，增壓泵1與一級反應(yīng)釜4相連，用于注液增壓；濾網(wǎng)5置于連接兩反應(yīng)釜的管道10內(nèi)，用于過濾一級反應(yīng)釜4通入二級反應(yīng)釜8的氣體；

海藻—稻殼分級式水熱液化制取生物油的工藝，包括以下步驟：

步驟1：將海藻(未經(jīng)干燥，含水率較高)放入一級反應(yīng)釜4，關(guān)閉第二通氣閥6，打開第一通氣閥2給一級反應(yīng)釜4通入氮氣，對釜內(nèi)空氣進(jìn)行2-3次置換后，給一級反應(yīng)釜4中充入氫氣至2mpa，關(guān)閉通氣閥2；

步驟2：保持通氣閥6的關(guān)閉狀態(tài)，量取5-15ml的乙醇與一定量的稻殼置于二級反應(yīng)釜8中，打開第三通氣閥9給二級反應(yīng)釜8通入氮氣，對釜內(nèi)空氣進(jìn)行2-3次置換后關(guān)閉通氣閥(9)；

步驟3：加熱一級反應(yīng)釜4至300℃-320℃后保持此溫度，待一級反應(yīng)釜4內(nèi)反應(yīng)10-30分鐘后打開第二通氣閥6，5-10分鐘后兩反應(yīng)釜壓力一致，打開增壓泵1給一級反應(yīng)釜4注入丙三醇增壓，將氣體全部排入二級反應(yīng)釜8后，關(guān)閉第二通氣閥6，關(guān)閉增壓泵1；

步驟4：加熱二級反應(yīng)釜8至370℃-380℃，保持此溫度使其反應(yīng)10-30分鐘；

步驟5：反應(yīng)到達(dá)指定時間后關(guān)閉電源，冷卻后排出氣體打開二級反應(yīng)釜8，將產(chǎn)物分離提純；

設(shè)置增壓泵1的目的在于，在一級反應(yīng)釜4進(jìn)行反應(yīng)過后，將反應(yīng)后未能進(jìn)入二級反應(yīng)釜8的氣體，通過注液增壓排入二級反應(yīng)釜8內(nèi)；丙三醇的沸點為290℃，在一級反應(yīng)結(jié)束后的5-10分鐘后，一級反應(yīng)釜4冷卻到290℃以下，在注液增壓的過程中丙三醇能保持在液態(tài)；設(shè)置濾網(wǎng)5的目的在于，在注水增壓的過程中，確保進(jìn)入二級反應(yīng)釜8的只有氣體，而沒有固體殘渣，使二級反應(yīng)釜8內(nèi)進(jìn)行的是氣固兩相的反應(yīng)；一級反應(yīng)釜4的反應(yīng)是在亞臨界條件下反應(yīng)的，其反應(yīng)溫度是300℃-320℃；二級反應(yīng)釜8的反應(yīng)是在超臨界條件下反應(yīng)的，其反應(yīng)溫度是370℃-380℃。

實施例一：

稱取3g海藻原料置于一級反應(yīng)釜4中，量取10ml無水乙醇與3g稻殼粉末置于二級反應(yīng)釜(8)中，密封兩反應(yīng)釜；

關(guān)閉第二通氣閥6，打開第一通氣閥2，給一級反應(yīng)釜4中通入氮氣，對釜內(nèi)空氣進(jìn)行3次置換后，給一級反應(yīng)釜4充入氫氣至2mpa，關(guān)閉第一通氣閥2；

保持通氣閥(6)的關(guān)閉狀態(tài)，打開第三通氣閥9給二級反應(yīng)釜8通入氮氣，對釜內(nèi)空氣進(jìn)行3次置換后關(guān)閉第三通氣閥9；

加熱一級反應(yīng)釜4至300℃后保持此溫度，待一級反應(yīng)釜4內(nèi)反應(yīng)20min后打開第二通氣閥6，待一級反應(yīng)釜4內(nèi)氣體進(jìn)入二級反應(yīng)釜8，10分鐘后兩反應(yīng)釜壓力一致，打開增壓泵1給一級反應(yīng)釜4注入丙三醇增壓，將氣體全部排入二級反應(yīng)釜8后，關(guān)閉第二通氣閥6，關(guān)閉增壓泵1；

加熱二級反應(yīng)釜8至374℃，并保持此溫度使其反應(yīng)20min；

反應(yīng)20min后關(guān)閉電源停止加熱，冷卻后排出氣體打開二級反應(yīng)釜8，將產(chǎn)物分離提純。

實施例二：

稱取4g海藻原料置于一級反應(yīng)釜4中，量取10ml無水乙醇與4g稻殼粉末置于二級反應(yīng)釜8中，密封兩反應(yīng)釜；

關(guān)閉第二通氣閥6，打開通氣閥2，給一級反應(yīng)釜4中通入氮氣，對釜內(nèi)空氣進(jìn)行3次置換后，給一級反應(yīng)釜4充入氫氣至2mpa，關(guān)閉通氣閥2；

保持第二通氣閥6的關(guān)閉狀態(tài)，打開第三通氣閥9給二級反應(yīng)釜8通入氮氣，對釜內(nèi)空氣進(jìn)行3次置換后關(guān)閉第三通氣閥9；

加熱一級反應(yīng)釜4至300℃后保持此溫度，待一級反應(yīng)釜4內(nèi)反應(yīng)30min后打開第二通氣閥6，待一級反應(yīng)釜4內(nèi)氣體進(jìn)入二級反應(yīng)釜8，10分鐘后兩反應(yīng)釜壓力一致，打開增壓泵1給一級反應(yīng)釜4注入丙三醇增壓，將氣體全部排入二級反應(yīng)釜8后，關(guān)閉第二通氣閥6，關(guān)閉增壓泵1；

加熱二級反應(yīng)釜8至374℃，并保持此溫度使其反應(yīng)30min；

反應(yīng)20min后關(guān)閉電源停止加熱，冷卻后排出氣體打開二級反應(yīng)釜8，將產(chǎn)物分離提純。

所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。