本发明涉及微藻高能效处理技术领域，具体涉及一种基于蒸汽再压缩和热量交换集成的微藻联合处理装置。
背景技术：
化石燃料的逐渐衰竭及其导致的温室效应等问题促进了可再生能源的快速发展。生物能源展现了可持续性、环境友好性以及很好地适应性，此外，生物能源还可以降低co2的排放，是一种很好的化石燃料替代品。
生物能源按其原料不同大致可分为三代。第一代生物能源其原料包括糖、谷物以及油料作物种子等，但是由于其对耕地的占用，利用以可食用生物质为原料的生物能源是不切实际的；第二代生物能源原料是非食用性纤维素生物质，包括农林废弃物以及非食用性生物质，但是对第二代生物能源的利用还存在一系列的技术问题；第三代生物能源原料则以微藻为主。一些微藻在适宜的环境条件下，每单位质量的干藻最高可以生产50～70％的油脂。然而，在工业化生产之前，必须解决技术和经济问题。微藻复杂的生产路线(包括培养、收获、干燥、油脂萃取和酯基转移)导致了生物柴油的高生产费用。
干燥和油脂萃取是油脂萃取一系列生产路线中耗能最大的部分，占用了大约90％的能量。传统工艺中油脂萃取时仅将分馏柱顶部的溶剂回收，没有充分利用热能；干燥系统仅仅利用干燥后的干藻通过与湿藻交换能量来降低预加热过程的能量需求，没有充分利用热能。尽管微藻干燥中的热循环技术以及用有机溶剂进行油脂萃取等技术一直在不断发展，对于微藻干燥和油脂萃取的综合能量评估仍旧缺乏。
技术实现要素：
为了克服现有技术不足，本发明提供了一种基于蒸汽再压缩和热量交换集成的微藻联合处理装置。
本发明的技术方案是基于蒸汽再压缩和热量交换集成的微藻联合处理装置，包括微藻干燥、油脂萃取和溶剂回收三个系统，所述微藻干燥和所述溶剂回收两个系统均设置有蒸汽再压缩步骤；
其中，所述微藻干燥系统包括蒸发器，所述蒸发器的入口管路上连接有串联的两段换热器以及入口泵，所述蒸发器顶部出口管路连接至分离器ⅲ的入口，所述蒸发器底部出口管路与所述分离器ⅲ底部出口管路一起连接至混合器入口，所述分离器ⅲ顶部出口管路连接至压缩机的入口，所述压缩机的出口管路连通至所述两段换热器中第二段换热器内热交换后串联一冷却器，所述混合器的出口管路连通至所述两段换热器中第一段换热器内热交换后连接至所述油脂萃取系统；
其中，所述油脂萃取系统包括混合器，所述混合器内由干藻与溶剂汇入，所述混合器的出口管路依次连接裂解反应器、分离器ⅰ、换热器ⅰ以及分馏柱，所述分馏柱的底部出口管经换热器ⅱ连接分离器ⅱ分离出藻油；
其中，所述溶剂回收系统包括在所述分馏柱的顶部出口管上连接压缩机和分流器，分流器分流成两路热交换：一路泵入换热器ⅰ、另一路连接换热器ⅱ，所述换热器ⅰ和换热器ⅱ分别为所述分馏柱前混合物和所述分馏柱底部油脂/溶剂混合物加热，两路热交换后汇合至所述混合器的入口。
所述裂解反应器的顶部设置有废气排放口。
所述分离器ⅰ的底部设置有固体废物排放管。
所述换热器ⅰ经冷却器连接至所述混合器的入口。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、相对传统的微藻干燥系统而言，本发明对干燥器顶端的气体进行了蒸汽再压缩，进入第二段换热器和湿藻交换热量，同时还利用干燥后的干藻同湿藻进行能量的交换。在微藻干燥过程进行蒸汽再压缩，提高了能效并且同湿藻交换能量，同时还实现了湿藻和干藻能量的互换；溶剂回收阶段，通过对分馏柱顶部能量回收以及引入压缩机，回收分馏柱顶部气流的能量，用于蒸馏前混合物和分馏柱底部油脂/溶剂加热，提高能效，免去设置预热器和重沸器。
2、本发明微藻油脂萃取系统，该系统对蒸馏柱中得到的馏出物进行了蒸汽再压缩，一部分再压缩的气流回到换热器和油脂/溶剂混合物交换能量，另一部分再压缩的气流进入换热器用于加热底部气流(精油)。
3、本发明结构简单，易于实现，相对传统工艺节约了35.3％(传统工艺整个系统能耗14.55mw，改进的系统9.43mw)的能量，整过程很好地降低了操作费用，并实现了对微藻干燥和油脂萃取的综合分析。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记：1—入口泵，2—第一段换热器，3—第二换热器，4—蒸发器，5—分离器ⅲ，7—压缩机，8—冷却器，6、9—混合器，8、10—冷却器，11—裂解反应器，12—分离器ⅰ，13—换热器ⅰ，14—分馏柱，15—分离器ⅱ，16—压缩机，17—分流器，18—换热器ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行进一步描述。
如图1所示，基于蒸汽再压缩和热量交换集成的微藻联合处理装置，包括微藻干燥ⅰ、油脂萃取ⅱ和溶剂回收ⅲ三个系统，所述微藻干燥ⅰ和所述溶剂回收ⅲ两个系统均设置有蒸汽再压缩步骤；
微藻干燥系统，包括蒸发器4，所述蒸发器4的入口管路上连接有串联的两段换热器2、3以及入口泵1，所述蒸发器4顶部出口管路连接分离器ⅲ5的入口，所述蒸发器4底部出口管路与所述分离器ⅲ5底部出口管路一起连接至混合器6入口，所述分离器ⅲ5顶部出口管路连接至压缩机7的入口，所述压缩机7的出口管路连通至所述两段换热器中第二段换热器3内热交换后串联冷却器8，冷凝后排出压缩水，所述混合器6出口管路连通至所述两段换热器中第一段换热器2进行热交换后获得干藻，经出口泵经管路连接至油脂萃取系统。
所述油脂萃取系统包括混合器9，干藻与溶剂一起汇入混合器9内，所述混合器9的出口管路依次连接裂解反应器11、分离器ⅰ12、换热器ⅰ13以及分馏柱14，所述分馏柱14的底部出口管经换热器ⅱ18连接分离器ⅱ15分离出藻油；所述裂解反应器11从微藻中萃取油脂并输送至所述分离器ⅰ12，所述分离器ⅰ12的底部分离排出固体废物，所述分离器ⅰ12中部出口管经换热器ⅰ13连接至分馏柱14的入口；所述分馏柱14分离化学溶剂和微藻油脂，回收化学溶剂；所述裂解反应器11的顶部排出废气；所述分馏柱14的顶部出口管上设置有压缩机16，所述压缩机16出口管上连接分流器17，再分别泵入换热器ⅰ13和换热器ⅱ18热交换，所述换热器ⅰ13和换热器ⅱ18分别为所述分馏柱14前混合物和所述分馏柱14底部油脂/溶剂混合物加热；所述换热器ⅰ13，经冷却器10汇合至所述混合器9。
所述溶剂回收系统包括在所述分馏柱14顶部出口管上连接压缩机16和分流器17，分流器17分流成两路热交换：一路泵入至换热器ⅰ13、另一部连接换热器ⅱ18，所述换热器ⅰ13和换热器ⅱ18分别为所述分馏柱14前混合物和所述分馏柱14底部油脂/溶剂混合物加热，两路热交换后汇合至所述混合器9的入口。
本发明的工作过程如下：
湿藻通过入口泵1进入微藻干燥系统，首先在第一段换热器2中湿藻与干藻交换获取能量，与现有技术相比如图1所示，本发明在第二段换热器3中湿藻再与分离器4中分离出的高压高温气相交换获取热量，经过这两步热量的交换，进入蒸发器4。蒸发器4顶部出口蒸汽通过分离器5分离后的底部出料干燥与蒸发器4的底部出料干藻在混合器6内混合输送至第一段换热器2内给湿藻供给热能；分离器5分离后的顶部气相进入压缩机7，提高可用能效后在第二段换热器3中对湿藻加热，残余的水蒸气经过冷却器8排出压缩水；蒸发器4底部出料干藻回到第一段换热器2和湿藻交换热量后通过出口泵9运送到油脂萃取系统的混合器9内。
干藻通过泵运输到混合器9，同外加溶剂以及由分馏柱14分离出的顶部回收气体经换热器ⅰ13和换热器ⅱ18换热后的溶剂混合均匀，进入裂解反应器11反应，废气排出，再进入分离器ⅰ12排出固体废弃物；在换热器ⅰ13与来自压缩机16的气体换热吸收热量，进入分馏柱14，分馏柱14分离后的顶部气流回收，经过压缩机16压缩为高温高压气体后由分流器17分流，一部分经泵供给换热器ⅰ13用于加热进入分馏柱14的油脂/溶剂混合物，另一部分供给换热器ⅱ18用于加热分馏柱14底部出来的油脂/溶剂；分馏柱14底部经分离器ⅱ15流出的是溶剂回收后的藻油提取，顶部有气流回流至分馏柱14内进行继续分馏操作。
本发明不局限于上述的具体实施方式，本领域的相关人员在不脱离本发明系统形式的情况下，做出的运行及控制模式变更均属于本发明的保护之内。