包括用于生物燃料或生物化学设备的蒸气压缩的节能系统技术方案

提供了过程和系统来压缩蒸馏中产生的蒸气并通过蒸气压缩回收冷凝热，并且从热电联产系统获取机械能、热能和电能，同时保持设备的原始操作能力。所述设备现有的蒸馏系统、蒸汽产生和电力需求决定了改造系统的设计基础，所述改造系统旨在优化能源使用、能源成本和环境影响的组合。蒸气压缩(通过机械蒸气再压缩和/或热蒸气再压缩)使所述总能量使用最小化。可选地，热电联产以最佳地补充设备需求和能源经济性并使效率低下和能量损失最小化的方式提供了一种在燃料、电力和热能之间转换能量的手段。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括用于生物燃料或生物化学设备的蒸气压缩的节能系统优先权数据本国际专利申请要求于2017年9月21日提交的美国专利申请号15/711,699的优先权，所述专利申请在此通过引用并入本文。
本专利技术总体上涉及用于从需要蒸馏的生物发酵设备回收和精制生物产品的方法、系统和装置。
技术介绍
在生物产品的蒸馏过程中消耗的过程能量通常构成这些产品的生产生命周期中最大的能量需求。蒸馏系统的设计满足了进行设计和投资决策时与现有优先级相适应的许多要求。第一代蒸馏系统是在高度重视简单性、并且与能源利用相关的环境问题在很大程度上被限制为使相关有害排放最小化的情况下实施的。如今，旨在减少温室气体排放的政策和监管举措正在影响能源的消费者和生产商，从而形成了提高能源效率和使环境足迹最小化的激励因素。影响能源消费者和生产商的法规的实例包括加州低碳燃料标准(LCFS)和美国环保局的清洁能源计划。LCFS对生命周期燃料路径进行建模，以为燃料指定反映燃料二氧化碳排放的碳强度(CI)。燃料生产商的途径(反映了其过程的CI)产生信用额或需要从其他生产商购买信用额以满足加州的CI目标。这些信用额在确定其价值并允许由生产商货币化的交易所进行交易。通过LCFS系统直接对过程能效的提高进行奖励，从而激励能效投资。这种系统以及政府当局正在考虑的类似系统即使在低能源价格几乎或根本没有动力进行此类投资的情况下也直接奖励生产商降低其能源需求。生物发酵产品(包括生物燃料)是能源投资的结果，其通过栽种生物原料、然后通过化学处理将其转化为纯化液体燃料，其中每一步都需要能源密集型阶段(包括蒸馏)。生物酿酒设备采用的常规的第一代方法在蒸馏(包括蒸馏、蒸发以及可能的脱水)和干燥方面消耗了大量能量。这些方法的低效率对生产商的经济以及归因于所述过程的环境足迹产生了负面影响。对于新的或现有的酿酒、或采用蒸馏的新的或现有的生物炼制，仍需要在商业上提高总体能效和优化。
技术实现思路
本专利技术的一些变型提供了一种配置用于酿酒或生物炼制的节能系统，其中所述酿酒或生物炼制能够将生物质转化为生物燃料或生物化学物质，并且其中所述酿酒或生物炼制包括配置用于蒸馏以纯化所述生物燃料或生物化学物质的蒸馏单元，所述系统包括：(i)蒸气压缩子系统，其包括机械蒸气再压缩(MVR)单元和/或热蒸气再压缩(TVR)单元，其中所述蒸气压缩子系统被配置为回收潜热并减少所述酿酒或生物炼制中的过程热能使用；以及(ii)具有CHP发动机的可选热电联产(CHP)子系统，其被配置为提供用于驱动所述蒸气压缩子系统的机械能、电能和/或热能，其中当所述CHP子系统存在时，所述CHP子系统和所述蒸气压缩子系统被集成和配置为使得所述CHP发动机的残余废热抵消所述酿酒或生物炼制中的过程热能使用。在一些实施例中，所述蒸气压缩子系统包括多个机械和/或热压缩机或蒸气喷射头，其中离开或来自所述蒸馏单元的级联热与多个釜馏物蒸发和/或脱水集成，并且其中压缩的生物燃料或生物化学蒸气和产生的蒸汽返回到所述系统内的所述蒸馏单元。在一些实施例中，所述蒸气压缩子系统包括多个机械和/或热压缩机或蒸气喷射头，其中离开或来自所述蒸馏单元的级联热与包括第一或最后一个多重蒸发器的多个釜馏物蒸发集成，其中来自所述第一蒸发器的压缩蒸汽可选地在所述蒸馏单元与所述多个釜馏物蒸发的一部分之间分流，并且其中压缩机级被配置为在所述蒸馏单元与所述多个釜馏物蒸发之间级联潜热。在一些实施例中，所述蒸气压缩子系统包括多个机械和/或热压缩机或蒸气喷射头，其中离开或来自所述蒸馏单元的多个釜馏物蒸发的级联热与离开或来自至少一个再沸器-蒸发器的蒸汽的压缩集成，以驱动所述蒸馏和部分蒸发，和/或其中压缩机级被配置为将潜热从所述蒸馏处理单元级联到蒸发单元中。在一些实施例中，所述蒸气压缩子系统包括多个机械和/或热压缩机或蒸气喷射头，其中来自所述蒸馏处理单元的级联潜热被集成以驱动所述蒸馏单元的蒸气流输出的气相脱水。在某些实施例中，节能系统包括被配置用于干燥源自蒸馏单元的釜馏物的干燥器，其中蒸气压缩子系统包括被配置为回收蒸馏的潜热的MVR单元和被配置为回收来自干燥器的废气的潜热的TVR单元两者。在这些或其他实施例中，所述节能系统包括干燥器，其被配置用于干燥源自所述蒸馏单元的釜馏物，其中所述蒸气压缩子系统包括多个机械和/或热压缩机或蒸气喷射头，并且其中被再沸器-蒸发器重新捕获的来自所述干燥器的排气的级联潜热被集成以提供用于其他设备过程的蒸汽。在本专利技术的一些变型中，CHP子系统存在于节能系统中。当CHP子系统存在时，所述CHP发动机的尺寸可以与所述蒸气压缩子系统的能量需求和/或所述酿酒或生物炼制的热能需求相一致，其中由所述CHP子系统回收的废热提供所述酿酒或生物炼制的至少一些所述热能需求。在其中存在CHP子系统的这些或其他实施例中，蒸气压缩子系统包括TVR单元，其中CHP发动机的尺寸与TVR单元的动力蒸气需求相一致。本专利技术的其他变型提供了一种改进酿酒或生物炼制的方法，其中所述酿酒或生物炼制将生物质转化为生物燃料或生物化学物质，并且其中所述生物燃料或生物化学物质通过蒸馏纯化，所述方法包括：(i)引入包括机械蒸气再压缩(MVR)单元和/或热蒸气再压缩(TVR)单元的蒸气压缩单元，以回收潜热并减少所述酿酒或生物炼制中的过程热能使用；并且(ii)可选地引入具有CHP发动机的热电联产(CHP)系统，以提供用于驱动所述蒸气压缩单元的机械能、电能和/或热能，其中当所述CHP系统存在时，(a)与所述蒸气压缩单元结合，所述CHP发动机的残余废热抵消了所述酿酒或生物炼制中的过程热能使用，和(b)所述蒸气压缩单元与所述CHP系统的集成被平衡以优化过程能量需求、过程碳强度和/或过程能量成本。在一些实施例中，所述蒸气压缩单元包括多个机械和/或热蒸气压缩机或蒸气喷射头，其中来自所述蒸馏的级联潜热与多个釜馏物蒸发和/或脱水集成，并且其中压缩的生物燃料或生物化学蒸气和产生的蒸汽返回到所述蒸馏。在一些实施例中，蒸气压缩单元包括多个机械和/或热蒸气压缩机或蒸气喷射头，其中来自蒸馏的级联潜热与包括第一蒸发器的多个釜馏物蒸发集成，其中来自第一蒸发器的压缩蒸汽可选地在蒸馏与多个釜馏物蒸发的一部分之间分流，并且其中蒸馏和多个釜馏物蒸发的至少一部分在相等或接近相等的压力下操作，从而允许压缩机级在蒸馏与多个釜馏物蒸发之间级联蒸发潜热，并且可选地气相脱水。在一些实施例中，蒸气压缩单元包括多个机械和/或热蒸气压缩机或蒸气喷射头，其中来自蒸馏的多个釜馏物蒸发的级联潜热与来自至少一个再沸器-蒸发器的蒸汽的压缩集成，以驱动蒸馏和部分蒸发，并且其中蒸馏和部分蒸发被操作使得蒸发压力高于蒸馏压力，从而允许压缩机级将蒸发潜热级联到蒸馏中。可选地，所述蒸馏蒸气的压缩与蒸馏蒸气在足够压力下的脱水集成，以产生含有所述生物燃料或生物化学物质的最终产物。在一些实施例中，所述蒸气压缩单元的尺寸或操作采用标准蒸汽发生器，用于减少蒸馏、蒸发和/或脱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种被配置用于酿酒或生物炼制的节能系统，其中所述酿酒或生物炼制能够将生物质转化为生物燃料或生物化学物质，并且其中所述酿酒或生物炼制包括被配置用于蒸馏以纯化所述生物燃料或生物化学物质的蒸馏单元，所述系统包括：/n(i)蒸气压缩子系统，其包括机械蒸气再压缩(MVR)单元和/或热蒸气再压缩(TVR)单元，其中所述蒸气压缩子系统被配置为回收所述蒸馏的热量并减少所述酿酒或生物炼制中的过程热能使用；以及/n(ii)具有CHP发动机的可选的热电联产(CHP)子系统，被配置为提供用于驱动所述蒸气压缩子系统的机械能、电能和/或热能，其中当所述CHP子系统存在时，所述CHP子系统和所述蒸气压缩子系统被集成和配置为使得所述CHP发动机的残余废热抵消所述酿酒或生物炼制中的过程热能使用。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170921 US 15/711,6991.一种被配置用于酿酒或生物炼制的节能系统，其中所述酿酒或生物炼制能够将生物质转化为生物燃料或生物化学物质，并且其中所述酿酒或生物炼制包括被配置用于蒸馏以纯化所述生物燃料或生物化学物质的蒸馏单元，所述系统包括：
(i)蒸气压缩子系统，其包括机械蒸气再压缩(MVR)单元和/或热蒸气再压缩(TVR)单元，其中所述蒸气压缩子系统被配置为回收所述蒸馏的热量并减少所述酿酒或生物炼制中的过程热能使用；以及
(ii)具有CHP发动机的可选的热电联产(CHP)子系统，被配置为提供用于驱动所述蒸气压缩子系统的机械能、电能和/或热能，其中当所述CHP子系统存在时，所述CHP子系统和所述蒸气压缩子系统被集成和配置为使得所述CHP发动机的残余废热抵消所述酿酒或生物炼制中的过程热能使用。


2.如权利要求1所述的系统，其中所述蒸气压缩子系统包括多个机械和/或热压缩机或蒸气喷射头，其中离开或来自所述蒸馏单元的级联热与多个釜馏物蒸发和/或脱水集成，并且其中压缩的生物燃料或生物化学蒸气和产生的蒸汽返回到所述系统内的所述蒸馏单元。


3.如权利要求1所述的系统，其中所述蒸气压缩子系统包括多个机械和/或热压缩机或蒸气喷射头，其中离开或来自所述蒸馏单元的级联热与包括第一个或最后一个多重蒸发器的多个釜馏物蒸发集成，其中来自所述第一蒸发器的压缩蒸汽可选地在所述蒸馏单元与所述多个釜馏物蒸发的一部分之间分流，并且其中压缩机级被配置为在所述蒸馏单元与所述多个釜馏物蒸发之间级联蒸发热。


4.如权利要求1所述的系统，其中所述蒸气压缩子系统包括多个机械和/或热压缩机或蒸气喷射头，其中离开或来自所述蒸馏单元的多个釜馏物蒸发的级联热与离开或来自至少一个再沸器-蒸发器的蒸汽的压缩集成，以驱动所述蒸馏和部分蒸发，和/或其中压缩机级被配置为将潜热单元级联到蒸发单元中。


5.如权利要求1所述的系统，其中所述蒸气压缩子系统包括多个机械和/或热压缩机或蒸气喷射头，并且其中来自所述蒸馏单元的级联热被集成以驱动所述蒸馏单元的蒸气流输出的气相脱水。


6.如权利要求1所述的系统，其中所述系统包括被配置用于使源自所述蒸馏单元的釜馏物干燥的干燥器，并且其中所述蒸气压缩子系统包括被配置为回收所述蒸馏的热量的MVR单元以及被配置为回收来自所述干燥器的废气的热量的TVR单元两者。


7.如权利要求1所述的系统，其中所述系统包括干燥器，被配置用于干燥源自所述蒸馏单元的釜馏物，其中所述蒸气压缩子系统包括多个机械和/或热压缩机或蒸气喷射头，并且其中被再沸器-蒸发器重新捕获的来自所述干燥器的排气的级联热被集成以提供用于其他设备过程的蒸汽。


8.如权利要求1所述的系统，其中所述CHP子系统存在于所述节能系统中。


9.如权利要求8所述的系统，其中所述CHP发动机的尺寸与所述蒸气压缩子系统的能量需求和/或所述酿酒或生物炼制的热能需求相一致，并且其中由所述CHP子系统回收的废热提供所述酿酒或生物炼制的至少一些所述热能需求。


10.如权利要求8所述的系统，其中所述蒸气压缩子系统包括TVR单元，并且其中所述CHP发动机的尺寸与所述TVR单元的动力蒸气需求相一致。


11.一种改进酿酒或生物炼制的方法，其中所述酿酒或生物炼制将...

【专利技术属性】
技术研发人员：林恩·克劳福德，威廉·谢弗三世，
申请(专利权)人：能量集成公司，
类型：发明
国别省市：美国;US