本发明属于生物质能源领域，特别涉及一种微藻液化油的连续式催化提质反应系统。
背景技术：
微藻水热液化技术是指利用热化学的方法，在液相水热条件下将微藻原料转化为生物油的过程。水热液化是一种非常具有发展前景的微藻制油技术，以微藻为原料的生物质液体燃料生产技术具备较高的经济技术可行性；它对于缓解环境污染，提高能源安全具有重要意义。但是，微藻液化油通常具有较高的n、s和o含量，较差的物理和化学性质。这种生物油还不能直接应用，必须进行提质处理，一种十分有效的提质方法是水热催化提质。通常的水热催化提质是在350～400℃的水热条件下，选用性能优异的非均相催化剂对液化油进行提质改性处理，以降低生物油中的杂原子含量、粘度及总酸值等，提高c、h含量和热值等。
针对微藻液化油的催化提质研究正不断增加，通常的催化提质反应都是在间歇式高压反应釜中进行，而间歇式反应釜通常存在生产效率低、能耗高、不适宜大规模工业化应用等缺点。要想实现微藻液化油的催化提质系统的连续式运行，还需要解决以下问题：首先，要实现提质反应后油相、气相同反应溶剂的连续和高效的分离。其次，需要充分利用提质反应后的余热来预热反应前的物料，以降低连续式反应系统的运行成本、提高能量效率。另外，合理的催化剂布置十分重要，催化提质反应中不仅要确保非均相催化剂与微藻液化油的充分接触，还要方便催化剂的更替。
目前关于微藻液化油的连续式催化提质反应系统的研究还少有涉及，还没有一种微藻液化油的连续式催化提质反应装置能够有效地解决上述问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种微藻液化油的连续式催化提质反应系统，以使得微藻液化油的催化提质系统能够实现高效和连续性运行。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种微藻液化油的连续式催化提质反应系统，包括水热液化反应单元、水热液化分离单元、催化提质反应单元、催化提质分离单元和储油罐；
其中，水热液化反应单元与水热液化分离单元连接；水热液化分离单元与催化提质反应单元连接；催化提质反应单元与催化提质分离单元连接；催化提质分离单元与储油罐连接；
其中，所述催化提质分离单元包括气液分离器和提质离心机；气液分离器的进料口与催化提质反应单元连接，气液分离器的液相出料口与提质离心机的进料口连接；提质离心机的油相出料口与储油罐连接；
其中，水热液化分离单元包括液化离心机，液化离心机的进料口与水热液化反应单元连接，液化离心机的油相出料口与催化提质反应单元连接。
优选地，所述水热液化分离单元还包括液化沉淀池，液化沉淀池与液化离心机的废料出料口连接；
优选地，所述气液分离器具有温度控制装置和压力表，并使得气液分离器内部温度低于工作压力对应的水的饱和温度。
优选地，所述催化提质分离单元还包括提质储液瓶，提质储液瓶与提质离心机的水相出料口连接。
优选地，所述催化提质反应单元包括氢气储气瓶、储水箱、液化油高压泵和催化提质反应器；其中，
液化油高压泵的进料口与液化离心机的油相出料口连接；
液化油高压泵的出料口通过管路与催化提质反应器的进料口连接；
氢气储气瓶通过管路连接第一增压机；第一增压机连接到液化油高压泵与催化提质反应器之间的管路上；
储水箱连接水箱高压泵；水箱高压泵连接到液化油高压泵与催化提质反应器之间的管路上；
催化提质反应器的出料口与气液分离器的进料口通过管路连接，在该管路上设置有提质背压阀。
进一步优选地，所述催化提质反应器内设有催化剂墙，催化剂墙为包裹有非均相催化剂的金属微网组成的环状结构；反应物料由反应器壁面进入，轴侧排出。
进一步优选地，所述催化提质反应单元还包括提质预热器，该提质预热器具有微藻液化油侧和提质液侧；
液化油高压泵的出料口和催化提质反应器的进料口分别连接提质预热器的微藻液化油侧的入口和出口；
催化提质反应器的出料口和提质背压阀的入料口分别连接提质预热器的提质液侧的入口和出口；
第一增压机和水箱高压泵连接到液化油高压泵与提质预热器之间的管路上。
优选地，所述水热液化反应单元包括藻浆高压泵和水热液化反应器，
藻浆高压泵的出料口与水热液化反应器的进料口连接；
水热液化反应器的出料口与液化离心机的进料口之间通过管路连接，在该管路上设置有液化背压阀。
进一步优选地，所述水热液化反应单元还包括液化预热器，该液化预热器具有藻浆侧和水热液化反应液侧；
藻浆高压泵出料口与水热液化反应器的进料口分别连接液化预热器的藻浆侧的入口和出口；
水热液化反应器的出料口和液化背压阀进料口分别连接液化预热器的水热液化反应液侧的入口和出口。
进一步优选地，所述水热液化反应单元还包括储料箱，储料箱与藻浆高压泵的进料口连接。
优选地，所述微藻液化油的连续式催化提质反应系统还包括氢气回收单元，所述氢气回收单元包括氢气膜分离器；
氢气膜分离器的进料口与气液分离器的气相出料口通过管路连接，该管路上设置有第二增压机；
氢气膜分离器的氢气出料口通过管路与第一增压机连接。
进一步优选地，所述氢气回收单元还包括储气瓶，储气瓶与氢气膜分离器的废气出料口连接。
优选地，藻浆高压泵、液化油高压泵、水箱高压泵和第一增压机上均设置有变频器控制器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的微藻液化油的连续式催化提质反应系统，包括水热液化反应单元、水热液化分离单元、催化提质反应单元、催化提质分离单元和储油罐；作为反应原料的藻浆进入水热液化反应单元，发生水热液化反应生成微藻液化油；水热液化反应液进入液化离心机，并分离出生成的微藻液化油；该微藻液化油进入催化提质反应单元发生反应后进入催化提质分离单元；催化提质分离单元具有气液分离器和提质离心机，反应气体可以迅速从反应体系分离出去，剩余液相通过提质离心机的分离获得提质油，该提质油进入储油罐存储。液化离心机、气液分离器和提质离心机的设置可以高效而连续地实现水热液化和催化提质产物的分离，使得整个微藻液化油的连续式催化提质反应系统可以持续而高效地进行连续反应，整个系统运行稳定可靠，反应效率高。
进一步地，非均相催化剂包裹在金属微网中，不仅能够确保催化剂与反应物料的充分接触，而且方便催化剂的更替；催化剂墙呈环状结构，反应物料由反应器壁面进入，轴侧排出，这进一步确保了所有的反应物料必然需要穿过催化剂墙并与催化剂充分接触。
进一步地，氢气膜分离器的设置能够将催化提质反应中未能参与反应的剩余氢气再次分离利用，实现还原性气体的循环利用，节省系统的运行成本；不仅如此，氢气膜分离技术能够有效的分离出氢气，对比通常的低温加压液化气体分离技术具有投资和运营成本低的优势。
进一步地，液化预热器和提质预热器的设置，使得系统能够充分利用水热液化反应和提质反应后的高温流体来预热即将参加反应的物料，有效降低反应系统的整体能耗和运行费用。
进一步地，藻浆高压泵、液化油高压泵、水箱高压泵和第一增压机上均设置有变频器控制器；通过藻浆高压泵、液化油高压泵、第一增压机、水箱高压泵等实现对进料量以及系统中物料流量的控制，可以调节反应物料在反应器中的停留时间，不仅使得整个反应过程是连续的，而且使得每一步的反应均可能实现充分反应，如此，微藻液化油的催化提质系统能够实现高效和连续性运行，有利于推动微藻液化油催化提质的大规模应用。
附图说明
图1为本发明所提供的微藻液化油的连续式催化提质反应系统的示意图。
下面对说明书附图中所用到的符号解释说明如下：
1为储料箱；2为藻浆高压泵；3为液化预热器；4为水热液化反应器；5为氢气储气瓶；6为第一增压机；7为提质预热器；8为催化提质反应器；9为氢气膜分离器；10为储气瓶；11为储油罐；12为提质储液瓶；13为提质离心机；14为第二增压机；15为气液分离器；16为提质背压阀；17为催化剂墙；18为储水箱；19为水箱高压泵；20为液化油高压泵；21为液化沉淀池；22为液化离心机；23为液化背压阀。
具体实施方式
下面结合具体的实施例及图1对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
一种微藻液化油的连续式催化提质反应系统，包括水热液化反应单元、水热液化分离单元、催化提质反应单元、催化提质分离单元和储油罐11；
其中，水热液化反应单元与水热液化分离单元连接；水热液化分离单元与催化提质反应单元连接；催化提质反应单元与催化提质分离单元连接；催化提质分离单元与储油罐11连接；
其中，所述催化提质分离单元包括气液分离器15和提质离心机13；气液分离器15的进料口与催化提质反应单元连接，气液分离器15的液相出料口与提质离心机13的进料口连接；提质离心机13的油相出料口与储油罐11连接；
其中，水热液化分离单元包括液化离心机22，液化离心机22的进料口与水热液化反应单元连接，液化离心机22的油相出料口与催化提质反应单元连接。
其中，在一种可行的实现方式中，所述气液分离器15具有温度控制装置和压力表，并使得气液分离器15内部温度低于工作压力对应的水的饱和温度。如此，可以确保水不会以蒸汽的形式混入气相中，进而提高氢气膜分离器9的工作效率。
本发明提供的微藻液化油的连续式催化提质反应系统，包括水热液化反应单元、水热液化分离单元、催化提质反应单元、催化提质分离单元和储油罐11；作为反应原料的藻浆进入水热液化反应单元，发生水热液化反应生成微藻液化油；水热液化反应液通过液化背压阀23进入液化离心机22，并分离出生成的微藻液化油；该微藻液化油进入催化提质反应单元反应后进入催化提质分离单元；催化提质分离单元具有气液分离器15和提质离心机13，反应气体可以迅速从反应体系分离出去，剩余液相通过提质离心机13的分离获得提质油，该提质油进入储油罐11存储。
液化离心机22、气液分离器15和提质离心机13的设置可以高效而连续地实现水热液化和催化提质产物的分离，使得整个微藻液化油的连续式催化提质反应系统可以持续而高效地进行连续反应，整个系统运行稳定可靠，反应效率高。
其中，在一种可行的实现方式中，所述水热液化分离单元还包括液化沉淀池21，液化沉淀池21与液化离心机22的废料出料口连接；如此，液化离心机22分离出微藻液化油后的残液和残渣被排入液化沉淀池21中。
其中，在一种可行的实现方式中，所述催化提质分离单元还包括提质储液瓶12，提质储液瓶12与提质离心机13的水相出料口连接。如此，提质离心机13分离后的残液被输送到提质储液瓶12。
实施例2
一种基于实施例1的微藻液化油的连续式催化提质反应系统，其中，所述催化提质反应单元包括氢气储气瓶5、储水箱18、液化油高压泵20和催化提质反应器8；其中，
液化油高压泵20的进料口与液化离心机22的油相出料口连接；
液化油高压泵20的出料口通过管路与催化提质反应器8的进料口连接；
氢气储气瓶5通过管路连接第一增压机6；第一增压机6连接到液化油高压泵20与催化提质反应器8之间的管路上；
储水箱18连接水箱高压泵19；水箱高压泵19连接到液化油高压泵20与催化提质反应器8之间的管路上；在一些应用中，储水箱中存储的是去离子水。
催化提质反应器8的出料口与气液分离器15的进料口通过管路连接，在该管路上设置有提质背压阀16。
如此，在液化油高压泵20、第一增压机6和水箱高压泵19的控制下，微藻液化油、氢气和水按照预定比例以一定的速率同时进入催化提质反应器8，发生提质反应。提质背压阀16可以保持催化提质反应器8中的压力，使得催化提质反应连续进行。
其中，在一种可行的实现方式中，所述催化提质反应器8内设有催化剂墙17，催化剂墙17为包裹有非均相催化剂的金属微网组成的环状结构；反应物料由反应器壁面进入，轴侧排出。非均相催化剂包裹在金属微网中，不仅能够确保催化剂与反应物料的充分接触，而且方便催化剂的更替；催化剂墙17呈环状结构，反应物料由反应器壁面进入，轴侧排出，这进一步确保了所有的反应物料必然需要穿过催化剂墙17并与催化剂充分接触。
其中，在一种可行的实现方式中，所述催化提质反应单元还包括提质预热器7，该提质预热器7具有微藻液化油侧和提质液侧；
液化油高压泵20的出料口和催化提质反应器8的进料口分别连接提质预热器7的微藻液化油侧的入口和出口；
催化提质反应器8的出料口和提质背压阀16的入料口分别连接提质预热器7的提质液侧的入口和出口；
第一增压机6和水箱高压泵19连接到液化油高压泵20与提质预热器7之间的管路上。
提质预热器7的设置，使得系统能够充分利用提质反应后的高温流体来预热即将参加反应的物料，有效降低反应系统的整体能耗和运行费用。
实施例3
一种基于实施例1或2的微藻液化油的连续式催化提质反应系统，其中，所述水热液化反应单元包括藻浆高压泵2和水热液化反应器4，
藻浆高压泵2的出料口与水热液化反应器4的进料口连接；
水热液化反应器4的出料口与液化离心机22的进料口之间通过管路连接，在该管路上设置有液化背压阀23。
液化背压阀23可以保持水热液化反应器4中的压力，使得水热液化反应得以持续进行。
其中，在一种可行的实现方式中，所述水热液化反应单元还包括液化预热器3，该液化预热器3具有藻浆侧和水热液化反应液侧；
藻浆高压泵2出料口与水热液化反应器4的进料口分别连接液化预热器3的藻浆侧的入口和出口；
水热液化反应器4的出料口和液化背压阀23进料口分别连接液化预热器3的水热液化反应液侧的入口和出口。
液化预热器3的设置，使得系统能够充分利用水热液化反应的高温流体来预热即将参加反应的物料，有效降低反应系统的整体能耗和运行费用。
其中，在一种可行的实现方式中，所述水热液化反应单元还包括储料箱1，储料箱1与藻浆高压泵2的进料口连接。如此，可以将适宜浓度的藻浆预先放置于储料箱1中，以满足藻浆高压泵2的使用。在应用中，既可以是一次性将藻浆加入到储料箱1中，也可以在反应过程中持续或间歇地向储料箱1中补料。
实施例4
一种基于实施例2或3的微藻液化油的连续式催化提质反应系统，其中，还包括氢气回收单元，所述氢气回收单元包括氢气膜分离器9；
氢气膜分离器9的进料口与气液分离器15的气相出料口通过管路连接，该管路上设置有第二增压机14；
氢气膜分离器9的氢气出料口通过管路与第一增压机6连接。
氢气膜分离器9的设置能够将催化提质反应中未能参与反应的剩余氢气再次分离利用，实现还原性气体的循环利用，节省系统的运行成本；不仅如此，氢气膜分离技术能够有效的分离出氢气，与通常的低温加压液化气体分离技术相比具有投资和运营成本低的优势。氢气膜分离器9压力控制在最佳的工作压力点，确保气相中的氢气能够被快速高效的分离；氢气膜分离器9中采用的高分子膜对不同气体的渗透速率具有选择性，高压气体流过分离器中的高分子膜时透膜速率高的氢气被快速分离出来，其他气体则随着高压气流一同排出。
其中，在一种可行的实现方式中，所述氢气回收单元还包括储气瓶10，储气瓶10与氢气膜分离器9的废气出料口连接。
如此，提质反应后的气体进入氢气膜分离器9后，氢气被分离并被重新利用，剩余的气体则存储在储气瓶10中，避免了尾气的排放可能导致的环境污染和残留的可燃气体导致的安全隐患，同时，尾气中的可利用组分也有机会被分离和利用。
其中，在一种可行的实现方式中，藻浆高压泵2、液化油高压泵20、水箱高压泵19和第一增压机6上均设置有变频器控制器；通过藻浆高压泵2、液化油高压泵20、第一增压机6、水箱高压泵19等实现对进料量以及系统中物料流量的控制，可以调节反应物料在反应器中的停留时间，不仅使得整个反应过程是连续的，而且使得每一步的反应均可能实现充分反应，如此，微藻液化油的催化提质系统能够实现高效和连续性运行，有利于推动微藻液化油催化提质的大规模应用。
实施例5
一种微藻液化油的连续式催化提质反应系统，水热液化反应单元、水热液化分离单元、催化提质反应单元、催化提质分离单元、氢气回收单元和储油罐11，其中，
所述水热液化反应单元包括储料箱1、藻浆高压泵2、液化预热器3、水热液化反应器4和液化背压阀23，该液化预热器3具有藻浆侧和水热液化反应液侧。储料箱1与藻浆高压泵2的进料口连接，藻浆高压泵2出料口与水热液化反应器4的进料口分别连接液化预热器3的藻浆侧的入口和出口，水热液化反应器4的出料口和液化背压阀23进料口分别连接液化预热器3的水热液化反应液侧的入口和出口。
所述水热液化分离单元包括液化离心机22和液化沉淀池21，液化离心机22的进料口与液化背压阀23的出料口连接，液化离心机22的油相出料口与液化油高压泵20的进料口连接；液化沉淀池21与液化离心机22的废料出料口连接。
所述催化提质反应单元包括氢气储气瓶5、储水箱18、液化油高压泵20、提质预热器7、催化提质反应器8和提质背压阀16，该提质预热器7具有微藻液化油侧和提质液侧；液化油高压泵20的出料口和催化提质反应器8的进料口分别连接提质预热器7的微藻液化油侧的入口和出口；催化提质反应器8的出料口和提质背压阀16的入料口分别连接提质预热器7的提质液侧的入口和出口；氢气储气瓶5通过管路连接第一增压机6，储水箱18连接水箱高压泵19，第一增压机6和水箱高压泵19连接到液化油高压泵20与提质预热器7之间的管路上。所述催化提质反应器8内设有催化剂墙17，催化剂墙17为包裹有非均相催化剂的金属微网组成的环状结构；反应物料由反应器壁面进入，轴侧排出。
所述催化提质分离单元包括气液分离器15、提质储液瓶12和提质离心机13；气液分离器15的进料口与催化提质反应单元连接，气液分离器15的液相出料口与提质离心机13的进料口连接；提质离心机13的油相出料口与储油罐11连接，提质储液瓶12与提质离心机13的水相出料口连接。
所述氢气回收单元包括氢气膜分离器9和储气瓶10。氢气膜分离器9的进料口与气液分离器15的气相出料口通过管路连接，该管路上设置有第二增压机14；氢气膜分离器9的氢气出料口通过管路与第一增压机6连接，储气瓶10与氢气膜分离器9的废气出料口连接。
藻浆高压泵2、液化油高压泵20、水箱高压泵19和第一增压机6上均设置有变频器控制器；通过藻浆高压泵2、液化油高压泵20、第一增压机6、水箱高压泵19等实现对进料量以及系统中物料流量的控制，可以调节反应物料在反应器中的停留时间，不仅使得整个反应过程是连续的，而且使得每一步的反应均可能实现充分反应，如此，微藻液化油的催化提质系统能够实现高效和连续性运行，有利于推动微藻液化油催化提质的大规模应用。
本实施例提供的微藻液化油的连续式催化提质反应系统，其工作的方式为：储料箱1中的藻浆由储藻浆高压泵2泵入水热液化反应系统中，反应物料通过液化预热器3预热后进入水热液化反应器4中被加热到指定温度并发生水热液化反应。水热液化反应器4出口的高温流体先进入液化预热器3与反应物料进行换热，液化预热器3出口端通过液化背压阀23与液化离心机22相连，液化离心机22用于分离出水热液化产生的微藻液化油；分离出的微藻液化油通过液化油高压泵20将其泵入到提质反应系统中，分离后的残液和残渣被排入液化沉淀池21中。氢气储气瓶中的氢气及储水箱18中的洁净水分别通过第一增压机6和水箱高压泵19将其泵入到提质反应系统中。
催化提质反应器8的进口端与提质预热器7相连，提质预热器7利用催化提质反应后的余热来预热提质反应前物料；预热后的物料进入催化提质反应器8中继续加热到设定反应温度并用于微藻液化油的催化提质反应。通过提质预热器7降温后的反应产物经提质背压阀16减压后进入气液分离器15进行气相产物的分离，分离出的气相经过第二增压机14直接输送至氢气膜分离器9中。高压气体流过氢气膜分离器9中的高分子膜，透膜速率高的氢气被分离出来并将其重复利用，其他气体则随着高压气流一同排出并最终被输送到储气瓶10中。气液分离器15的出口与提质离心机13的进口相连，提质离心机13用于提质油的分离，分离出的油相储存在储油罐11中，剩余的残液排入到提质储液瓶12中。