專利名稱：微藻養(yǎng)殖并制備生物能源的反應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種養(yǎng)殖微藻并制備生物能源的反應(yīng)系統(tǒng)，微藻原料生長周期短、生
物產(chǎn)量高、酯化效率高、生產(chǎn)成本低。本發(fā)明具體如下 1、微藻養(yǎng)殖系統(tǒng)包括管式光反應(yīng)器和微藻收集裝置。 其中，管式光反應(yīng)器通常采用環(huán)形管式光反應(yīng)器，其材質(zhì)可為任意透明材質(zhì)，如 玻璃、樹脂等。 A、管式光反應(yīng)器包括光反應(yīng)器(4)、管道、藻液收集罐(1)、藻液輸送泵(2)、通氣 管(7)、氣體儲罐(6)等幾部分組成。所述的藻液收集罐(1)下設(shè)出口與藻液輸送泵(2)相 連，藻液輸送泵出口 1(3)與玻璃管(4)相連，玻璃管終端與藻液收集罐上口 1(5)相連。氣 體儲罐(6)通過通氣管(7)連入光反應(yīng)器的管路中。 B、微藻收集裝置包括藻液收集罐、藻液輸送泵、管路、濾液儲罐、板框過濾機。所 述的藻液收集罐(1)下設(shè)出口與藻液輸送泵(2)相連，藻液輸送泵出口 2(8)與板框過濾機 (9)的進口相連，板框過濾機(9)的出口與濾液儲罐(10)上口相連，濾液儲罐(10)下口連 接藻液收集罐上口 2(11)。 2、生物能源制備系統(tǒng)包括生物柴油制備裝置和生物燃?xì)庵苽溲b置。
A、生物柴油制備裝置包括萃取罐(12)、萃取分離槽(13)、萃取蒸餾釜(14)、油脂 冷卻器(15)、酯交換反應(yīng)釜(16)、酯交換冷卻器(17)、酯交換分離槽(18)、酯交換蒸餾釜 (19)、成品冷卻器(20)和管路。其中萃取罐(12)連接萃取分離槽(13)上口。萃取分離 槽(13)側(cè)口 (23)與萃取蒸餾釜(14)相連、萃取蒸餾釜(14)與油脂冷卻器(15)相連。酯 交換反應(yīng)釜(16)依次與酯交換冷卻器(17)、酯交換分離槽(18)、酯交換蒸餾釜(19)、成品 冷卻器(20)相連。溶劑油儲罐(25)出口與萃取罐(12)相連，進口與萃取蒸餾罐(14)相連。甲醇儲罐(26)出口與酯交換反應(yīng)釜(16)相連，進口與酯交換蒸餾釜(19)相連。
B、生物燃?xì)庵苽溲b置包括萃取分離槽(13)、發(fā)酵罐(21)和氣體收集罐(22)。所 述萃取分離槽(13)下口 (24)依次與發(fā)酵罐(21)、氣體收集罐(22)相連。
本發(fā)明養(yǎng)殖微藻并制備生物能源的反應(yīng)工藝步驟為
1.利用管式光反應(yīng)器養(yǎng)殖微藻 將配制好的培養(yǎng)基加入到濾液儲罐(10)中，利用重力差將培養(yǎng)基從濾液儲罐 (10)壓入到藻液收集罐(1)中。打開藻液輸送泵(2)，將培養(yǎng)基經(jīng)藻液輸送泵出口 1(3)泵 至光反應(yīng)器(4)中，最終經(jīng)藻液收集罐上口 1(5)流回藻液收集罐(1)。再將藻液經(jīng)藻液收 集罐(1)接入到培養(yǎng)基中。(A氣體儲存在氣體儲罐(6)，通過通氣管(7)通入光反應(yīng)器的 管路中。 2.從光反應(yīng)器中收集微藻 收獲微藻時，關(guān)閉藻液輸送泵出口 1(3)，打開藻液輸送泵出口 2(8)，將藻液泵入 板框過濾機(9)，藻泥留在濾紙上，剩余培養(yǎng)基泵入濾液儲罐(10)中，用于培養(yǎng)基的補充或 再次培養(yǎng)使用。將濾紙上的藻泥收集用于生物能源的制備。
3.生物柴油的制備 藻泥投入萃取罐(12)中，利用氮氣將溶劑油從溶劑油儲罐(25)壓入萃取罐(12) 中。攪拌后將全部物料放入到萃取分離槽(13)中，靜置后物料分為兩層，上層物料經(jīng)萃取 分離槽側(cè)口 (23)放入萃取蒸餾釜(14)中?？刂戚腿≌麴s釜(14)的溫度，一般保持在60 70°C。蒸餾出的溶劑油通過管路流回溶劑油儲罐(25)。蒸餾完畢后，將蒸餾釜中物料通過 油脂冷卻器(15)得到的為微藻油脂。 將微藻油脂投入酯交換反應(yīng)釜(16)中，利用氮氣將甲醇從甲醇儲罐(26)壓入酯 交換反應(yīng)釜(16)中，并加入酸性催化劑，如濃硫酸等，通常保持溫度在60 IO(TC，攪拌一 段時間后停止反應(yīng)，通常為攪拌4 12h。將物料經(jīng)酯交換冷卻器(17)全部放入到酯交換 分離槽(18)中，靜置后物料分為兩層。下層物料放出投入到酯交換蒸餾釜(19)中，溫度通 常保持在60 7(TC，蒸餾出的甲醇通過管路流回甲醇儲罐(26)，蒸餾完畢后，將蒸餾釜中 剩余物料通過成品冷卻器(20)放出，用堿中和成中性，得到的液體即為甘油。
將酯交換分離槽(18)中上層物料經(jīng)酯交換分離槽(18)同一出口放出再次投入到 酯交換蒸餾釜(19)中，溫度一般保持在80 ll(TC，將物料中水分蒸發(fā)后，經(jīng)成品冷卻器 (20)放出收集即為生物柴油。
4.生物燃?xì)獾闹苽?萃取分離槽(13)中下層物料即為藻泥，將藻泥放入發(fā)酵罐(21)，第一階段產(chǎn)氫產(chǎn) 乙酸發(fā)酵溫度控制在30 4(TC， pH調(diào)節(jié)到4. 0 4. 5 ;第二階段產(chǎn)甲烷發(fā)酵溫度保持在 35 4(TC，pH調(diào)節(jié)到6.8 7. 5。產(chǎn)生的氣體為氫氣和/或甲烷，放入氣體收集罐(22)中， 得到生物燃?xì)狻?此反應(yīng)系統(tǒng)的優(yōu)點在于 (1)集微藻光反應(yīng)器、收集裝置、提油裝置、酯化裝置和發(fā)酵裝置為一體，實現(xiàn)了原 料油生產(chǎn)、生物能源制備連續(xù)化，結(jié)構(gòu)緊湊，利用率高，成本低。 (2)微藻養(yǎng)殖和生物能源制備可分開進行，也可連續(xù)進行。可根據(jù)微藻生產(chǎn)速率調(diào) 整收集速率，如生長速率較快的微藻，可每天收集1 2次，生長速率較慢的藻種，可每1 2天收集一次，做到每天定時定量收集，既能保證微藻的養(yǎng)殖，又不影響生物能源的制備，合 理安排生產(chǎn)，節(jié)約成本。 (3)微藻收集后剩下的培養(yǎng)基直接壓入濾液儲罐(10)，可用于養(yǎng)殖期間培養(yǎng)基的 補充，也可用于再一次的微藻養(yǎng)殖，節(jié)約成本。 (4)所用有機溶劑均可回收再利用，節(jié)約成本。如系統(tǒng)中蒸餾出的溶劑油通過管路 流回溶劑油儲罐(25)回收再利用和/或系統(tǒng)中蒸餾出的甲醇通過管路流回甲醇儲罐(26) 回收再利用。


圖1為本發(fā)明微藻養(yǎng)殖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖. 圖2為本發(fā)明微藻提油裝置和發(fā)酵裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明酯交換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為本發(fā)明的連續(xù)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中藻液收集罐(1)，藻液輸送泵(2)，藻液輸送泵出口 1 (3)，玻璃管(4)，藻液收 集罐上口 1(5)，氣體儲罐(6)，通氣管(7)，藻液輸送泵出口 2(8)，板框過濾機(9)，濾液儲 罐(10)，藻液收集罐上口 2 (11)，萃取罐(12)，萃取分離槽(13)，萃取蒸餾釜(14)，油脂冷卻 器(15)，酯交換反應(yīng)釜(16)，酯交換冷卻器(17)，酯交換分離槽(18)，酯交換蒸餾釜(19)， 成品冷卻器(20)，發(fā)酵罐(21)，氣體收集罐(22)，萃取分離槽側(cè)口 (23)，萃取分離槽下口 (24)，溶劑油儲罐(25)，甲醇儲罐(26)。
其中，圖4為摘要附圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種養(yǎng)殖微藻并制備生物能源的反應(yīng)系統(tǒng)。 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明詳細(xì)說明，以下僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能以此限定 本發(fā)明的范圍。即大凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明專 利涵蓋的范圍內(nèi)。 實施例1 :利用環(huán)形管式光反應(yīng)器養(yǎng)殖微藻 將配制好的培養(yǎng)基加入到濾液儲罐(10)中，利用重力差將培養(yǎng)基從濾液儲罐 (10)壓入到藻液收集罐(1)中。打開藻液輸送泵(2)，將培養(yǎng)基經(jīng)藻液輸送泵出口 1(3)泵 至玻璃材質(zhì)的光反應(yīng)器(4)中，最終經(jīng)藻液收集罐上口 1(5)流回藻液收集罐(1)。再將藻 液經(jīng)藻液收集罐(1)接入到培養(yǎng)基中。(A氣體儲存在氣體儲罐(6)，通過通氣管(7)通入 光反應(yīng)器的管路中。 實施例2 :從光反應(yīng)器中收集微藻 收集微藻時，關(guān)閉藻液輸送泵出口 1(3)，打開藻液輸送泵出口 2(8)，將藻液泵入 板框過濾機(9)，藻泥留在濾紙上，剩余培養(yǎng)基泵入濾液儲罐(10)中，用于培養(yǎng)基的補充或 再次培養(yǎng)使用。將濾紙上的藻泥收集用于生物能源的制備。其中，板框過濾機為上海大張 過濾設(shè)備有限公司生產(chǎn)，型號為BMY5/450-30U。
實施例3 :生物柴油的制備 藻泥投入萃取罐(12)中，利用氮氣將溶劑油從溶劑油儲罐(25)壓入萃取罐(12)中。溶劑油為常用的正己烷或正戊烷等的一種或幾種的混合物。攪拌30 100min后將全 部物料放入到萃取分離槽(13)中，靜置10 30min后物料分為兩層，上層物料經(jīng)萃取分離 槽側(cè)口 (23)放入萃取蒸餾釜(14)中?？刂戚腿≌麴s釜(14)的溫度保持在60 7(TC。蒸 餾出的溶劑油通過管路流回溶劑油儲罐(25)。蒸餾完畢后，將蒸餾釜中物料通過油脂冷卻 器(15)得到的為微藻油脂。 將微藻油脂投入酯交換反應(yīng)釜(16)中，利用氮氣將甲醇從甲醇儲罐(26)壓入酯 交換反應(yīng)釜(16)中，并加入酸性催化劑濃硫酸，溫度保持在60 IO(TC ，攪拌4 12h后停 止反應(yīng)。將物料經(jīng)酯交換冷卻器(17)全部放入到酯交換分離槽(18)中，靜置10 30min 后物料分為兩層。下層物料放出投入到酯交換蒸餾釜(19)中，溫度保持在60 7(TC，蒸餾 出的甲醇通過管路流回甲醇儲罐(26)，蒸餾完畢后，將蒸餾釜中剩余物料通過成品冷卻器 (20)放出，用堿中和成中性，得到的液體即為甘油。 將酯交換分離槽(18)中上層物料經(jīng)酯交換分離槽(18)同一出口放出再次投入到
酯交換蒸餾釜(19)中，溫度保持在80 11(TC，將物料中水分蒸發(fā)后，經(jīng)成品冷卻器(20)
放出收集即為生物柴油。 實施例4 :生物燃?xì)獾闹苽?萃取分離槽(13)中下層物料即為藻泥，將藻泥放入發(fā)酵罐(21)，第一階段產(chǎn)氫產(chǎn) 乙酸發(fā)酵溫度控制在30 4(TC， pH調(diào)節(jié)到4. 0 4. 5 ;第二階段產(chǎn)甲烷發(fā)酵溫度保持在 35 4(TC，pH調(diào)節(jié)到6.8 7. 5。產(chǎn)生的氣體為氫氣和/或甲烷，放入氣體收集罐(22)中， 得到生物燃?xì)狻?br> 權(quán)利要求
一種微藻養(yǎng)殖并制備生物能源的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)集微藻光反應(yīng)器、收集裝置、提油裝置、酯化裝置和發(fā)酵裝置為一體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，管式光反應(yīng)器采用環(huán)形管式光反應(yīng)器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，收集裝置采用板框過濾機。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，微藻養(yǎng)殖和生物能源制備分開進行或連 續(xù)進行。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，可根據(jù)微藻生產(chǎn)速率調(diào)整收集速率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 5所述的任意一種系統(tǒng)，其特征在于，微藻收集后剩下的培養(yǎng)基直 接壓入濾液儲罐(10)用于培養(yǎng)基的補充或用于再次微藻養(yǎng)殖。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 5所述的任意一種系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)中所有有機溶劑都可回 收再利用。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)中所有有機溶劑都可回收再利用。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)中蒸餾出的溶劑油通過管路流回溶 劑油儲罐(25)回收再利用和/或系統(tǒng)中蒸餾出的甲醇通過管路流回甲醇儲罐(26)回收再 利用。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)中蒸餾出的溶劑油通過管路流回溶 劑油儲罐(25)回收再利用和/或系統(tǒng)中蒸餾出的甲醇通過管路流回甲醇儲罐(26)回收再 利用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種微藻養(yǎng)殖并制備生物能源的反應(yīng)系統(tǒng)。包括微藻養(yǎng)殖系統(tǒng)和生物能源制備系統(tǒng)藻液收集罐(1)、藻液輸送泵(2)、光反應(yīng)器(4)、氣體儲罐(6)、板框過濾機(9)、濾液儲罐(10)、萃取罐(12)、萃取分離槽(13)、萃取蒸餾釜(14)、油脂冷卻器(15)、酯交換反應(yīng)釜(16)、酯交換冷卻器(17)、酯交換分離槽(18)、酯交換蒸餾釜(19)、成品冷卻器(20)、發(fā)酵罐(21)、氣體收集罐(22)、溶劑油儲罐(25)、甲醇儲罐(26)等。此反應(yīng)系統(tǒng)集微藻光反應(yīng)器、收集裝置、提油裝置、酯化裝置和發(fā)酵裝置為一體，實現(xiàn)了原料油生產(chǎn)、生物能源制備連續(xù)化，結(jié)構(gòu)緊湊，利用率高，成本低。
文檔編號C12M1/02GK101748053SQ200810240028
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者劉敏勝, 張惠敏, 王慧嶺, 石蕾, 陳偉, 馬衛(wèi)敬 申請人:新奧科技發(fā)展有限公司