專利名稱：用于將CO₂轉(zhuǎn)化為高附加值和/或營(yíng)養(yǎng)值產(chǎn)物及能源的連續(xù)系統(tǒng)的制作方法
用于將CO2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或營(yíng)養(yǎng)值產(chǎn)物及能源的連
續(xù)系統(tǒng)發(fā)明目的本發(fā)明的目的是一種用于將(X)2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高營(yíng)養(yǎng)值產(chǎn)物以及其它能 源的連續(xù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大量的太陽(yáng)能照射地球的表面，大約為當(dāng)前能量消耗的15，000倍。這是我們星球 的最大的能源。然而，在地球的任何地點(diǎn)，每單位面積能量集中的效率非常低，僅為約1至5kWh/ m2/天。這樣低效率的能量集中限制了太陽(yáng)能作為一次能源的直接使用。一個(gè)目標(biāo)是通過(guò)使用磁流體光合催化劑(magneto-hydro-photosynthetic catalyst)收集太陽(yáng)光和(X)2并將其轉(zhuǎn)化為連續(xù)能源的系統(tǒng)而從此低能量密度狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?高密度狀態(tài)，后者是實(shí)際系統(tǒng)(actual system)?；诖嗽瓌t，申請(qǐng)W02007144440是已知的，其描述了用于與本發(fā)明系統(tǒng)類似功能 的光轉(zhuǎn)換器，然而，其水平而非垂直的構(gòu)造以及其它特征使其在本質(zhì)上是不同的。當(dāng)前全球變暖是一個(gè)問(wèn)題，為了消除所述變暖的影響或使所述變暖的影響最小 化，在不同技術(shù)領(lǐng)域中導(dǎo)致了新技術(shù)的開(kāi)發(fā)。為了遵守京都議定書(Kyoto protocol)規(guī)定 的關(guān)于減少C02/S&排放和導(dǎo)致所謂溫室效應(yīng)的其它氣體的排放的宗旨，經(jīng)濟(jì)區(qū)的責(zé)任是 引導(dǎo)各個(gè)國(guó)家尋找替代和可再生燃料以防止可能的處罰稅。盡管在一些地區(qū)太陽(yáng)能和風(fēng)能的生產(chǎn)日益增加，但是這些技術(shù)是非常昂貴的，它 們并不是在所有的氣候區(qū)都是可行的并且不確保連續(xù)的能量生產(chǎn)。在這樣的條件下，生物 燃料具有作為化石燃料的替代者的重要作用，特別是在運(yùn)輸用途和供熱用途方面。來(lái)自陸生植物諸如棕櫚和菜籽油的生物燃料的生產(chǎn)成本始終是被關(guān)注的理由?？?慮到每公頃的低油生產(chǎn)指數(shù)(low oil production indexes)，為了達(dá)到商業(yè)生產(chǎn)的目的， 需要大量的資源。陸地和水是兩種稀少資源，并且優(yōu)選利用它們生產(chǎn)食品，而且生產(chǎn)食品對(duì) 農(nóng)民還更有利可圖。而且，大量的施肥是陸地和水污染的首位形式。大量的單一農(nóng)作物耕 作也是生物多樣性的主要危害之一。加利福尼亞-伯克利大學(xué)，自然資源研究(Natural Resources Research)第14 卷2005年3月第1期65-72頁(yè)的研究顯示，陸生植物如向日葵需要比其自身能夠供應(yīng)的能 量更多的能量來(lái)轉(zhuǎn)換為燃料，例如，為了生產(chǎn)卡值為9，000，OOOKcal的1，000kg的向日葵燃 料，不得不消耗1900萬(wàn)Kcal，這對(duì)應(yīng)于比化石燃料釋放的(X)2更大的(X)2釋放。換言之，如 果使用化石燃料進(jìn)行100km旅行的13^!p (IOOkW)汽車的排放為20Kg的C02，則當(dāng)使用向日 葵-基燃料時(shí)，總的組合排放為36Kg的C02。然而，在基于靠發(fā)電站例如熱發(fā)電站的(X)2維 持的浮游植物的燃料的情況下，排放到大氣中的(X)2的量為10kg。這是由于下列事實(shí)由 浮游植物俘獲的(X)2已經(jīng)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生了 IOOkW的功率，因此每產(chǎn)生IkW所釋放的(X)2的余量減 半。此外，本發(fā)明描述了其中并非將全部最終產(chǎn)物都用于生產(chǎn)燃料，而是還用于生產(chǎn)高營(yíng)養(yǎng) 值產(chǎn)物的系統(tǒng)。
應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)，當(dāng)應(yīng)用產(chǎn)生電能的最終產(chǎn)物時(shí)，沒(méi)有CO2排放到大氣中，因?yàn)檫@些0)2被 再次引入到系統(tǒng)中用于浮游植物的生產(chǎn)。由以上論述看來(lái)，在生產(chǎn)允許替代含石油來(lái)源的燃料的用途的浮游植物的情況 下，從環(huán)境觀點(diǎn)來(lái)看的優(yōu)點(diǎn)是明顯的。據(jù)此，對(duì)于獲得允許大量生產(chǎn)這種產(chǎn)物的培養(yǎng)物存在 巨大的挑戰(zhàn)。為此，有必要適當(dāng)?shù)剡x擇將要使用的反應(yīng)器。當(dāng)前以工業(yè)規(guī)?；?qū)嶒?yàn)室規(guī)模使用的反應(yīng)器可以分為兩大組-開(kāi)放式反應(yīng)器-封閉式反應(yīng)器ο水平的ο垂直的開(kāi)放式反應(yīng)器它們包括使用其中藻類、水和營(yíng)養(yǎng)物借助于發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的漿片系統(tǒng)在回路中循環(huán) 的淺罐。此系統(tǒng)表現(xiàn)出的很大缺點(diǎn)是，因?yàn)槠錇橥耆_(kāi)放的，所以藻類易受到引入罐內(nèi)的 任何生物污染。此外，系統(tǒng)的條件，如溫度、水從培養(yǎng)基的蒸發(fā)、CO2的供應(yīng)以及光度更難于 控制，光化效率低(達(dá)不到高的細(xì)胞密度)；因此罐的深度為幾毫米，從而需要大的面積以 達(dá)到高產(chǎn)量。這些因素的組合使得此系統(tǒng)沒(méi)有成為對(duì)于浮游植物物種的大量培養(yǎng)最適合的 反應(yīng)器。封閉式反應(yīng)器這些反應(yīng)器可以克服開(kāi)放系統(tǒng)所面對(duì)的一些主要障礙；它們可以控制系統(tǒng)的變量 (CO2、光度、溫度…)，沒(méi)有污染，并且它們需要較小的陸地面積來(lái)達(dá)到與開(kāi)放式反應(yīng)器中相 同的產(chǎn)量，尤其在垂直排列(每單位面積更大的容積)的情況下。這全部都使培養(yǎng)物的光 化效率更高。由于以上所述情況，不同的作者開(kāi)發(fā)了其中培養(yǎng)光合浮游植物物種的系統(tǒng)和方 法，將所述光合浮游植物物種暴露于光以引起它們的生長(zhǎng)或增殖以便最終獲得有用的產(chǎn) 物(若干更改步驟后)，如 PCT 申請(qǐng) W02007025145A2、W02006/020177、WO 03/094598 和 W02007144441的情況。然而，所有這些系統(tǒng)都存在以下問(wèn)題它們不以明顯連續(xù)的方式工 作，不具有合適的光化效率，不具有它們自身所得產(chǎn)物的一部分的再循環(huán)，是有時(shí)易受污染 的費(fèi)力的系統(tǒng)，以二維方式利用太陽(yáng)能(它們不具有本發(fā)明的系統(tǒng)的垂直的優(yōu)點(diǎn))，以及簡(jiǎn) 言之具有高的附帶成本(清潔、消毒、培養(yǎng)水的蒸發(fā)、在能量方面不足[泵送、提取…]…)， 并且其直接產(chǎn)生污染。此外，如W02007025145A2中所述的系統(tǒng)和方法按水平排列工作(它 們借助于滾筒使用攪拌)，所得產(chǎn)物不重復(fù)利用(本發(fā)明中通過(guò)使NOx通過(guò)生物過(guò)濾器而轉(zhuǎn) 換為用作培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)物供應(yīng)的硝酸鹽和亞硝酸鹽來(lái)進(jìn)行產(chǎn)物的重復(fù)利用)。這些系統(tǒng)或 方法得到的燃料量(約6000加侖)低于本發(fā)明系統(tǒng)的燃料量。此外，本文中描述的系統(tǒng)具有這樣的額外優(yōu)點(diǎn)在生產(chǎn)步驟中施加磁場(chǎng)，其使所述 步驟加速并因此使所得產(chǎn)物的量顯著增加。在同樣意義上，本發(fā)明涉及借助于收集太陽(yáng)光和(X)2以使用催化劑將它們?cè)俎D(zhuǎn)化 為連續(xù)能源的系統(tǒng)來(lái)獲得能源的新型系統(tǒng)。為了使直接或間接污染最小化，將在以下描述 的系統(tǒng)使用營(yíng)養(yǎng)物如大氣CO2、來(lái)自不同工業(yè)部分的碳和氮源。通過(guò)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了(X)2的總體或部分再循環(huán)(取決于應(yīng)用)并因此凈排放可以為“0”，因?yàn)楫a(chǎn)生的CO2可以返回系統(tǒng)， 從而滋養(yǎng)浮游植物。此外，為了使水消耗最小化，水在以下將更詳細(xì)描述的分離步驟之后被
重復(fù)利用。此外，所述系統(tǒng)具有將在其步驟之一中產(chǎn)生的氧作為隨后轉(zhuǎn)化所得產(chǎn)物的原料使 用的優(yōu)點(diǎn)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，迄今為止沒(méi)有其中進(jìn)行如本發(fā)明中所完成的光合株系的大量培養(yǎng) 的系統(tǒng)。因此獲得了現(xiàn)有技術(shù)下已知系統(tǒng)在效率(能量經(jīng)濟(jì)效率和生產(chǎn)效率)或在環(huán)境影 響最小化方面的顯著改善。因此從能量和生態(tài)的觀點(diǎn)來(lái)看其都是可持續(xù)的系統(tǒng)。發(fā)明的描述為了緩和以上問(wèn)題，本發(fā)明的目的是用于產(chǎn)生附加值和能源的系統(tǒng)。因此，本發(fā)明的用于將CO2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高營(yíng)養(yǎng)值產(chǎn)物以及其它能源的 系統(tǒng)包括(i)第一生產(chǎn)裝置(20)，所述第一生產(chǎn)裝置00)用于培養(yǎng)至少一種浮游植物培養(yǎng) 物(10)，和(ii)用于自然和/或人工照射所述浮游植物培養(yǎng)物以誘導(dǎo)所述培養(yǎng)物生長(zhǎng)和/或 增殖的裝置，其特征在于，所述第一裝置00)包括至少一個(gè)管組件O10)，所述管組件(210)容 納所述浮游植物培養(yǎng)物(10)并又包括(a)第一外管(outer tube) (2101)，所述第一外管QlOl)容納所述浮游植物培養(yǎng) 物(10)并且允許所述浮游植物培養(yǎng)物暴露于外部光源，和(b)第二管(2102)，所述第二管010 處于第一管QlOl)內(nèi)部，所述第二管 (2102)允許所述浮游植物培養(yǎng)物(10)暴露于獨(dú)立于所述外部光源的內(nèi)部光源。這避免了類似本發(fā)明中大的浮游植物培養(yǎng)管的那些的內(nèi)部可能遇到的"陰影效 應(yīng)(shading effect)“，通過(guò)使浮游植物培養(yǎng)物在管內(nèi)的所有位置都對(duì)光的暴露最大化而 使系統(tǒng)效率最大化，從而也使培養(yǎng)物的光合作用最大化。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)包括(i)第一生產(chǎn)裝置，所述第一生產(chǎn)裝置用于培養(yǎng)浮游植物培養(yǎng)物，其中所述第一裝 置又包括(a)多個(gè)垂直放置的用于生產(chǎn)浮游植物培養(yǎng)物的生產(chǎn)模塊，所述生產(chǎn)模塊被供應(yīng) 有碳源例如CO2、并且以閉合回路的方式彼此互連，其包括用于再循環(huán)浮游植物培養(yǎng)物的再 循環(huán)泵和多個(gè)互連的生產(chǎn)柱，以及任選地，位于再循環(huán)管道中的用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置，以便 在所述區(qū)域中產(chǎn)生連續(xù)或交變激發(fā)磁場(chǎng)；(b)用于容納所述生產(chǎn)模塊組件的構(gòu)架(structure)，以優(yōu)選使模塊組件結(jié)構(gòu)可 堆疊并且具有使其在標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)輸容器中的運(yùn)輸可行的尺寸；(c)自然(太陽(yáng)光、太陽(yáng)光集中器-分配器)和/或人造(熒光管、熒光燈、白熾 燈、鹵素?zé)簟ED和放射性光源)照明裝置，其中相對(duì)于所述培養(yǎng)物生產(chǎn)模塊，所述照明裝置 可以在內(nèi)部或在外部；(d)任選地，用于集中太陽(yáng)輻射的裝置。
產(chǎn)生人造光的放射性裝置包含包括納米球的一系列裝置，所述裝置又包括以下組 分·至少一種固體、液體或氣體形式優(yōu)選β發(fā)射體的放射性同位素；和·至少一種可以由放射性同位素激發(fā)并且在激發(fā)-去激發(fā)時(shí)發(fā)射光的組分或化合 物，優(yōu)選選自在其最末軌道中具有不成對(duì)電子的元素。因此，在生產(chǎn)模塊之間實(shí)現(xiàn)平行的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而確保在誤差(margin)為10%至15% 之間的流量變化的情況下，相同的流體量和對(duì)于所有模塊相同的負(fù)載。所述系統(tǒng)還允許處 理浮游植物培養(yǎng)物的量高達(dá)20000升/小時(shí)，優(yōu)選5000升/小時(shí)。用于生產(chǎn)浮游植物培養(yǎng)物的生產(chǎn)模塊包括多個(gè)彼此連接的柱，并且其中所述柱又 包括(i)容納浮游植物培養(yǎng)物的管組件，其最大高度為10米，并且優(yōu)選高度在2至 2. 25米之間，并且所述管組件包括(a)第一外管(external tube)，所述第一外管又包括以下層中的至少一層-紫外處理的第一外層；-耐受所容納體積的壓力的材料的第二中間層；和-與所容納流體接觸的第三抗粘內(nèi)層；(b)相對(duì)于第一管的第二內(nèi)管(internal tube)，所述第二管包括以下層中的至少
一層-與所容納流體接觸的第一抗粘外層；-耐受第一管中容納的體積的壓力的材料的第二中間層；和-紫外處理的第三內(nèi)層；(c)頂部和底部組件封閉元件；和(d)柱間連接元件，所述柱間連接元件包括在柱和多個(gè)輔助流體循環(huán)元件之間的 流體連接器；(e)清潔裝置，所述清潔裝置包括一個(gè)或優(yōu)選兩個(gè)同心環(huán)，即第一外環(huán)和第二內(nèi) 環(huán)，并且其中所述兩個(gè)同心環(huán)通過(guò)多根輻條(radii)接合；以及外圍元件，所述外圍元件在 不損害與其接觸的壁的情況下，通過(guò)摩擦而清潔與其接觸的壁；(f)冷卻和/或折射元件(refracting element)(相對(duì)于第一外管的第三外管，其 將起夾套的作用)，所述冷卻和/或折射元件又包括折射子元件和/或其中的冷卻和/或折 射液體；(g)含有沸石的介質(zhì)；以便將第二內(nèi)管插入第一外管中，優(yōu)選同心地，組件末端封閉，柱間連接元件位于 其上部及其下部；和(ii)進(jìn)料和湍流產(chǎn)生裝置，所述進(jìn)料和湍流產(chǎn)生裝置用于產(chǎn)生氣態(tài)流體的湍流并 且用于氣態(tài)流體進(jìn)料，所述氣態(tài)流體為選自以下各項(xiàng)的至少一種(a)空氣；(b)N2 ；(c) CO2 ；(d)工業(yè)排放廢氣；或
(e)它們的組合。用于培養(yǎng)浮游植物的生產(chǎn)模塊優(yōu)選包括2至12個(gè)，并且更優(yōu)選4個(gè)并聯(lián)和/或串 聯(lián)和或放射狀連接的用于培養(yǎng)浮游植物的生產(chǎn)柱。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中描述的傳統(tǒng)的水平安 置，生產(chǎn)模塊的垂直提供了明顯的優(yōu)點(diǎn)，因此，例如，排出在培養(yǎng)中產(chǎn)生的氧的能力顯著地 提高。其它固有的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)量的顯著提高，原因在于體積相對(duì)于單位面積的比率增加；必 要的泵送需要更低的電消耗，可以停止再循環(huán)泵以防止在生產(chǎn)步驟的某些時(shí)期不必要的能 量消耗。系統(tǒng)的模塊性(modularity)是另一個(gè)值得考慮的優(yōu)點(diǎn)，特別是在浮游植物培養(yǎng) 物的預(yù)防性維護(hù)和/或污染的活動(dòng)中，其中僅需要處理受影響的模塊而系統(tǒng)的剩余部分不 受影響。(ii)所述系統(tǒng)還包括與第一生產(chǎn)裝置的出口連接的第二機(jī)械和/或熱分離裝置， 以便消除存在于所述第一生產(chǎn)裝置中的水；并且其中所述分離裝置包括下列中的至少一 種(a)浮游植物培養(yǎng)物預(yù)濃縮裝置，其與所述第一生產(chǎn)裝置的出口連接；(b)預(yù)濃縮產(chǎn)物濃縮裝置，其與所述預(yù)濃縮裝置的出口連接；和(c)熱干燥裝置，其與所述濃縮裝置的出口連接；在沒(méi)有限制的情況下，這些分離裝置中可以設(shè)置以下裝置·過(guò)濾系統(tǒng)；·絮凝和/或凝聚裝置；·超聲系統(tǒng)；·機(jī)械蒸氣再壓縮(MVR)裝置；·離心裝置；·加壓裝置；·使用熱空氣和/或熱廢氣的熱干燥裝置；·冷凍干燥裝置；·多效蒸發(fā)器；·潷析裝置；和·以上各項(xiàng)的任意組合，以便能夠去除高達(dá)99. 9%的存在于培養(yǎng)物中的水。(iii)所述系統(tǒng)還包括第三轉(zhuǎn)化裝置，所述第三轉(zhuǎn)化裝置用于轉(zhuǎn)化在第二裝置中 獲得的干燥產(chǎn)物，以獲得能源和/或高營(yíng)養(yǎng)值產(chǎn)物，其中所述第三裝置包括選自下列的裝 置(a)氣化裝置，以獲得適于用作燃料的氣體；或(b)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化裝置，所述熱化學(xué)轉(zhuǎn)化裝置在全部壓力范圍內(nèi)通過(guò)例如熱解運(yùn)行， 以獲得選自下列各項(xiàng)的產(chǎn)物-燃料油；-有機(jī)化合物的液體混合物，所述有機(jī)化合物的液體混合物在精制處理后可以獲 得具有與從石油獲得的那些類似的物理化學(xué)特性的不同餾分。-酯，所述酯結(jié)合脂肪酸溶解和提取裝置以及酯化/酯交換裝置，允許獲得柴油化合物；(c)營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)物和/或附加值產(chǎn)物提取裝置；(d)以上各項(xiàng)的組合。第二分離裝置的預(yù)濃縮裝置包括以下系統(tǒng)或裝置中的至少一種-浸沒(méi)式膜過(guò)濾系統(tǒng)(MBR)；-Wi^jHMMM (tangential filtration system)；-絮凝和/或凝聚裝置；-電凝聚裝置；-超聲系統(tǒng)；-機(jī)械蒸氣再壓縮(MVR)裝置；-離心裝置；-潷析裝置；或-以上各項(xiàng)的組合；從而可以消除高達(dá)99 %的存在于生產(chǎn)裝置中的水。濃縮裝置包括選自下列中的至少一種系統(tǒng)-機(jī)械蒸氣再壓縮(MVR)系統(tǒng)；-預(yù)濃縮元件(element)潷析裝置；-離心裝置；-加壓裝置；或-以上各項(xiàng)的組合；以便獲得相對(duì)濕度為40%至90%之間、優(yōu)選在65至70%之間的濃縮物。干燥裝置包括下列各項(xiàng)中的至少一種(i)通過(guò)熱空氣干燥的熱干燥裝置，以借助于溫度不低于75°C的熱空氣的引入來(lái) 干燥濃縮的產(chǎn)物；(ii)冷凍干燥裝置；(iii)多效蒸發(fā)器。包括生產(chǎn)模塊的垂直排列的如此描述的本發(fā)明允許獲得以下優(yōu)點(diǎn)a)每單位面積容納更大體積的培養(yǎng)物，因此每單位面積具有更高的生產(chǎn)率；b)對(duì)于外管的內(nèi)壁并且對(duì)于內(nèi)管(inner tube)的外壁，用于產(chǎn)生湍流的裝置都 具有通過(guò)摩擦清潔的作用；c)在生產(chǎn)步驟過(guò)程中產(chǎn)生的氧的消除；d)增加光的三維收集；e)陰影效應(yīng)的消除f)較低的電消耗g)廢氣同化能力在本發(fā)明最優(yōu)選的實(shí)施方案中，連續(xù)地操作系統(tǒng)。然而，非連續(xù)的操作也是可行 的，盡管在此后一種情況下本發(fā)明的益處將不太顯著。在本文中陳述的獨(dú)立權(quán)利要求描述了本發(fā)明另外的實(shí)施方案。附圖簡(jiǎn)述
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以下很簡(jiǎn)要地描述了一系列附圖，所述附圖有助于更好地理解本發(fā)明并且特別地 涉及所述發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，闡述該實(shí)施方案作為本發(fā)明非限制性的實(shí)例。

圖1顯示作為本發(fā)明目的的用于產(chǎn)生高營(yíng)養(yǎng)值和/或高附加值和/或能源的連續(xù) 系統(tǒng)的框圖。圖2是用于將(X)2轉(zhuǎn)化為高營(yíng)養(yǎng)值和/或高附加值和/或能源的系統(tǒng)的頂視圖， 其包括作為本發(fā)明系統(tǒng)目的整體部分的用于培養(yǎng)浮游植物的裝置。圖3顯示作為本發(fā)明系統(tǒng)目的整體部分的用于生產(chǎn)浮游植物培養(yǎng)物的生產(chǎn)模塊 的接合的詳圖。圖4顯示生產(chǎn)模塊的詳圖。圖5顯示圖4中所示的生產(chǎn)模塊的分解圖。圖6是以8個(gè)生產(chǎn)模塊排列的浮游植物培養(yǎng)物生產(chǎn)裝置的頂視圖。圖7是用于將(X)2轉(zhuǎn)化為高營(yíng)養(yǎng)值和/或高附加值和/或能源的系統(tǒng)的六角形排 列的頂視圖，其由6個(gè)浮游植物培養(yǎng)物生產(chǎn)裝置組成，每個(gè)浮游植物培養(yǎng)物生產(chǎn)裝置又由8 個(gè)浮游植物培養(yǎng)物生產(chǎn)模塊的組構(gòu)成。圖8是用于將(X)2轉(zhuǎn)化為高營(yíng)養(yǎng)值和/或高附加值和/或能源的系統(tǒng)的金字塔形 排列的頂視圖，其由2個(gè)浮游植物培養(yǎng)物生產(chǎn)裝置組成，每個(gè)浮游植物培養(yǎng)物生產(chǎn)裝置又 由23個(gè)浮游植物培養(yǎng)物生產(chǎn)模塊的組構(gòu)成。圖9是用于將(X)2轉(zhuǎn)化為高營(yíng)養(yǎng)值和/或高附加值和/或能源的系統(tǒng)的頂視圖， 其由2個(gè)浮游植物培養(yǎng)物生產(chǎn)裝置組成，每個(gè)浮游植物培養(yǎng)物生產(chǎn)裝置又由9個(gè)浮游植物 培養(yǎng)物生產(chǎn)模塊的組構(gòu)成。圖10是對(duì)用于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的生物質(zhì)(g干物質(zhì)/L)在446nm的吸光度繪制的曲線。圖11描繪了實(shí)驗(yàn)N9中的內(nèi)柱的詳細(xì)情況。圖12描繪了實(shí)驗(yàn)附和N2中的光生物反應(yīng)器。圖13繪制了在每個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)在各個(gè)光生物反應(yīng)器中生物質(zhì)產(chǎn)量的圖表。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案如從附圖中可見(jiàn)，用于產(chǎn)生高營(yíng)養(yǎng)值和能源的連續(xù)系統(tǒng)在其優(yōu)選實(shí)施方案中包 括(i)用于生產(chǎn)浮游植物培養(yǎng)物(10)的第一生產(chǎn)裝置(20)，其中所述第一裝置00) 又包括(a)多個(gè)垂直放置的用于生產(chǎn)浮游植物培養(yǎng)物的生產(chǎn)模塊(21)，所述生產(chǎn)模塊 (21)被供應(yīng)有CO2、并且以閉合回路的方式與另一個(gè)(21 互連，其包括用于再循環(huán)浮游植 物培養(yǎng)物的再循環(huán)泵和多個(gè)位于再循環(huán)管道013)中的用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的產(chǎn)生裝置，以便在 所述區(qū)域中產(chǎn)生連續(xù)或交變激發(fā)磁場(chǎng)；(b)用于容納所述生產(chǎn)模塊的容器構(gòu)架02)，以使模塊-構(gòu)架組件可堆疊并且具 有允許其在標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)輸容器中運(yùn)輸?shù)某叽纾?c)自然(太陽(yáng)光、太陽(yáng)光集中器-分配器)和/或人造(熒光管、熒光燈)照明 裝置，其中相對(duì)于用于生產(chǎn)培養(yǎng)物的所述生產(chǎn)模塊，所述照明裝置可以在內(nèi)部或在外部；因此，在生產(chǎn)模塊之間實(shí)現(xiàn)平行的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而確保在誤差為10%至15%之間 的流量變化的情況下，相同的流體量和對(duì)于所有模塊相同的負(fù)載。所述系統(tǒng)還允許處
11理浮游植物培養(yǎng)物的量高達(dá)20000升/小時(shí)，優(yōu)選5000升/小時(shí)。用于生產(chǎn)浮游植物培養(yǎng)物(10)的生產(chǎn)模塊包括多個(gè)彼此連接的柱，并且其 中所述柱又包括(i)容納浮游植物培養(yǎng)物的管組件010)，其最大高度為10米，并且優(yōu)選高度在2 至2. 25米之間，所述管組件(210)包括下列中的至少一種(a)第一外管(2101)，所述第一外管QlOl)又包括以下層中的至少一層-紫外處理的第一外層；-耐受所容納體積的壓力的材料的第二中間層；和-與所容納流體接觸的第三抗粘內(nèi)層；(b)相對(duì)于第一管O101)的第二內(nèi)管(2102)，所述第二管包括以下層中的至少一 層-與所容納流體接觸的第一抗粘外層；-耐受第一管中容納的體積的壓力的材料的第二中間層；禾口-紫外處理的第三內(nèi)層；(c)頂部和底部組件封閉元件Q103)；和(d)柱間連接元件(2104)，所述柱間連接元件Q104)包括在柱和多個(gè)輔助流體循 環(huán)元件之間的流體連接器；(e)清潔裝置，所述清潔裝置包括至少兩個(gè)同心環(huán)，第一外環(huán)和第二內(nèi)環(huán)，并且其 中第一外環(huán)和第二內(nèi)環(huán)通過(guò)多根輻條接合；以及外圍元件，所述外圍元件在不損害與其接 觸的壁的情況下，通過(guò)摩擦而清潔與其接觸的壁；(f)冷卻和/或折射元件(相對(duì)于第一外管的第三外管，其將充當(dāng)夾套)，所述冷 卻和/或折射元件又包括折射子元件和/或其中的冷卻和/或折射液體；(g)含有沸石的介質(zhì)；以便將第二內(nèi)管010 插入第一外管O101)中，優(yōu)選同心地，組件末端封閉，柱 間連接元件O104)位于其上部及其下部；和(ii)進(jìn)料和湍流產(chǎn)生裝置，所述進(jìn)料和湍流產(chǎn)生裝置用于產(chǎn)生氣態(tài)流體的湍流并 且用于氣態(tài)流體進(jìn)料，所述氣態(tài)流體為選自以下各項(xiàng)的至少一種(a)空氣；(b)N2 ；(C)CO2;(d)工業(yè)排放廢氣；或(e)它們的組合。用于生產(chǎn)浮游植物培養(yǎng)物(10)的生產(chǎn)模塊優(yōu)選包括4個(gè)并聯(lián)和/或串聯(lián)連 接的用于生產(chǎn)浮游植物培養(yǎng)物的生產(chǎn)柱010)。所述系統(tǒng)還包括與第一生產(chǎn)裝置00)的出口連接的第二機(jī)械和/或熱分離裝置 (50)，以便在排空步驟(30)后消除存在于所述第一生產(chǎn)裝置00)中的水。所述系統(tǒng)包括第三轉(zhuǎn)化裝置(60)，所述第三轉(zhuǎn)化裝置(60)用于轉(zhuǎn)化在第二裝置 (50)中獲得的干燥產(chǎn)物，以獲得能源(70)和/或附加值源(90)和/或高營(yíng)養(yǎng)值產(chǎn)物(80)，其中所述第三裝置包括選自下列的裝置
(a)氣化裝置，以獲得適于用作燃料的氣體；或
(b)熱解轉(zhuǎn)化裝置，以獲得選自下列各項(xiàng)的產(chǎn)物
一燃料油；
一有機(jī)化合物的液體混合物，所述有機(jī)化合物的液體混合物在精
制處理后可以獲得具有與從石油獲得的那些類似的物理化學(xué)特性的不同餾分。
一酯，所述酯結(jié)合脂肪酸溶解和提取裝置以及酯化／酯交換裝置，允許獲得柴油化合物；
(C)營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)物提取裝置；
(d)以上各項(xiàng)的組合。
第二機(jī)械和／或熱分離裝置包括以下系統(tǒng)或裝置中的至少一種
一浸沒(méi)式膜過(guò)濾系統(tǒng)(MBR)；
一切向過(guò)濾系統(tǒng)(tangential filtrati。n SyStem)；
一絮凝和／或凝聚裝置；
一電凝聚裝置；
一超聲系統(tǒng)；
一機(jī)械蒸氣再壓縮(MVR)裝置；
一加壓裝置；
一熱空氣熱干燥裝置，從而通過(guò)溫度不低于75℃的熱空氣可以干燥濃縮的產(chǎn)物；
一冷凍干燥裝置；
一多效蒸發(fā)器；
一潷析裝置；或
一以上各項(xiàng)的任意組合；
以便消除高達(dá)99．9％的存在于生產(chǎn)裝置中的水。
在實(shí)際的實(shí)施方案中，用于產(chǎn)生湍流并供給浮游植物培養(yǎng)物的C。，源是來(lái)自用于所得產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化和／或燃燒裝置的部分或全部回料。
以相同的方式，在另一個(gè)實(shí)際的實(shí)施方案中的系統(tǒng)結(jié)合了風(fēng)力發(fā)電機(jī)(Windgenerat。r)，以使所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生系統(tǒng)使用的實(shí)際電，而在浮游植物培養(yǎng)物自身中產(chǎn)生過(guò)量的能量積累。
最終，在最后的實(shí)施方案中，將所述系統(tǒng)部分浸沒(méi)地安裝在大海1湖泊1河流或大洋中的漂浮物上。
并且在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，生產(chǎn)模塊包括位于再循環(huán)管道(213)中的用于產(chǎn)生交變和／或連續(xù)激發(fā)磁場(chǎng)的裝置，以便在那里產(chǎn)生用于激發(fā)培養(yǎng)物的磁場(chǎng)。
在本發(fā)明還另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，系統(tǒng)包括太陽(yáng)能板和菲涅耳鏡(FreSnelmirr。r)。
并且在本發(fā)明的又另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，系統(tǒng)包括用于使太陽(yáng)輻射的收集最大化的旋轉(zhuǎn)裝置。
由管丑淫溢植物壁菱物的影響的L匕較試驗(yàn)
旦逝究目的
研究的目的是比較不同設(shè)計(jì)的泡罩柱/管光生物反應(yīng)器生產(chǎn)融合藻 (Tetraselmis sp.)培養(yǎng)物的效果?！げ捎玫墓馍锓磻?yīng)器在以下變量方面不同1.光生物反應(yīng)器類型全部都由2m_高垂直管構(gòu)成，其中一些具有不同直徑的用 于照射的內(nèi)管。2.光生物反應(yīng)器材料測(cè)試三種透明材料，即，玻璃(VD)，聚碳酸酯(PC)和甲基丙 烯酸酯(MT)。3.組成光生物反應(yīng)器的管數(shù)。b.材料和方法b. 1.培養(yǎng)條件和生產(chǎn)數(shù)據(jù)在中間試驗(yàn)工廠進(jìn)行研究，注意使全部的光生物反應(yīng)器都暴露于由GROLUX燈施 加的特別好地適合植物生長(zhǎng)的相同的環(huán)境光量子通量密度，250 μ摩爾·πΓ2 · s—1，并且通過(guò) 將全部的光生物反應(yīng)器都與熱交換器連接而使它們暴露于相同的溫度，20°C。進(jìn)行3個(gè)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)重復(fù)3次。每次重復(fù)持續(xù)8天。這些重復(fù)是不連續(xù)的，每次重 復(fù)在開(kāi)始時(shí)具有相同的初始生物質(zhì)。用于開(kāi)始每次重復(fù)的水是使用PAP型COM AD08臭氧 發(fā)生器通過(guò)臭氧化消毒的過(guò)濾的海水。利用生物質(zhì)(表示為干重的培養(yǎng)物的g/培養(yǎng)物的L)相對(duì)于培養(yǎng)物在680nm的吸 光度繪制的校準(zhǔn)曲線(圖10)計(jì)算為了在全部光生物反應(yīng)器中獲得相同的細(xì)胞濃度，每次 重復(fù)所需的接種物(inoculum)的量。以680nm(uA = 0. 04)的吸光度、0. 23g干重/L的當(dāng)
量開(kāi)始所有重復(fù)。所有的光生物反應(yīng)器都接收預(yù)先通過(guò)過(guò)濾(0. 2 μ m)消毒的空氣和CO2的混 合物。根據(jù)用于照射的相同周期通過(guò)計(jì)時(shí)器調(diào)節(jié)CO2供應(yīng)，S卩，在周期的黑暗部分中止供應(yīng)。生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集包括采集在時(shí)刻0和每24h時(shí)的培養(yǎng)物的樣品，并且通過(guò)用沃特曼 (Whatman)GF/C過(guò)濾器真空過(guò)濾且在80°C干燥24h來(lái)以重量分析確定生物質(zhì)產(chǎn)量。除了確 定生物質(zhì)產(chǎn)量以外，還持續(xù)監(jiān)控所有培養(yǎng)物的PH、溫度和溶解氧的水平。2. 2.光生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)表1顯示了所考慮的光生物反應(yīng)器的區(qū)別特征(評(píng)估的變量)。表1.光生物反應(yīng)器特征
權(quán)利要求
1.一種用于將(X)2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高營(yíng)養(yǎng)值產(chǎn)物以及其它能源的系統(tǒng)，所述系 統(tǒng)包括(i)第一生產(chǎn)裝置(20)，所述第一生產(chǎn)裝置00)用于培養(yǎng)至少一種浮游植物培養(yǎng)物 (10)，和( )用于自然和/或人工照射所述浮游植物培養(yǎng)物以誘導(dǎo)所述培養(yǎng)物生長(zhǎng)和/或增殖 的裝置，其特征在于，所述第一裝置00)包括至少一個(gè)管組件Ο ο)，所述管組件(210)容納所 述浮游植物培養(yǎng)物(10)并且所述管組件(210)又包括(c)第一外管(2101)，所述第一外管O101)容納所述浮游植物培養(yǎng)物(10)并且允許 所述浮游植物培養(yǎng)物暴露于外部光源，和(d)第二管(2102)，所述第二管010 處于第一管O101)內(nèi)部，所述第二管Q102) 允許所述浮游植物培養(yǎng)物(10)暴露于獨(dú)立于所述外部光源的內(nèi)部光源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于將CO2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高營(yíng)養(yǎng)值產(chǎn)物以及其它能 源的系統(tǒng)，其中所述第一外管O101)包括以下層中的至少一層-具有紫外處理的第一外層；-由耐受其中容納的所述浮游植物培養(yǎng)物(10)的壓力的材料制成的第二中間層；和-與所述浮游植物培養(yǎng)物接觸的第三抗粘內(nèi)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的用于將(X)2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高營(yíng)養(yǎng)值 產(chǎn)物以及其它能源的系統(tǒng)，其中所述第二管O102)處于第一管O101)內(nèi)部，所述第二管 (2102)包括以下層中的至少一層-與所述浮游植物培養(yǎng)物接觸的第一抗粘外層；-由耐受所述第一管中容納的所述浮游植物培養(yǎng)物的壓力的材料制成的第二中間層；和-具有紫外處理的第三內(nèi)層。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的用于將CO2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高 營(yíng)養(yǎng)值產(chǎn)物以及其它能源的系統(tǒng)，其中將所述第二內(nèi)管010 同心地插在所述第一外管 (2101)內(nèi)，并且將所述組件在兩端封閉。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的用于將(X)2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高營(yíng)養(yǎng) 值產(chǎn)物以及其它能源的系統(tǒng)，其中所述管組件(210)還包括第三冷卻和/或折射管，所述第 三冷卻和/或折射管在所述第一外管外部，以使其充當(dāng)圍繞所述第一管的夾套，所述第三 管包括折射部件和/或其中的冷卻和/或折射流體。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的用于將(X)2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高營(yíng)養(yǎng) 值產(chǎn)物以及其它能源的系統(tǒng)，其中所述管組件(210)還包括清潔裝置，所述清潔裝置包括 固定在一起并附著于外圍構(gòu)件的第一外環(huán)和第二內(nèi)環(huán)，所述外圍構(gòu)件通過(guò)摩擦而清潔與它 們接觸的壁。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于將CO2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高營(yíng)養(yǎng)值產(chǎn)物以及其它能 源的系統(tǒng)，其中所述清潔裝置的所述第一外環(huán)和所述第二內(nèi)環(huán)通過(guò)多根輻條接合在一起。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的用于將(X)2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高營(yíng)養(yǎng) 值產(chǎn)物以及其它能源的系統(tǒng)，其中所述管組件(210)還包括用于封閉所述組件的頂部和底部構(gòu)件0103)，以及用于將柱與用于循環(huán)流體的輔助構(gòu)件連接的元件0104)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的用于將(X)2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高營(yíng)養(yǎng) 值產(chǎn)物以及其它能源的系統(tǒng)，其中所述管組件(210)還包括位于再循環(huán)管道(21 上的用 于產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置，以誘導(dǎo)所述培養(yǎng)物的生長(zhǎng)和/或增殖。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的用于將(X)2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高營(yíng) 養(yǎng)值產(chǎn)物以及其它能源的系統(tǒng)，其特征在于所述管組件(210)還包括通過(guò)使選自以下各項(xiàng) 中的至少一種氣體鼓泡，而在所述浮游植物培養(yǎng)物中產(chǎn)生湍流的裝置(a)空氣；(b)N2；(c)C02；(d)工業(yè)排放廢氣；或(e)它們的任意組合。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的用于將(X)2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高營(yíng) 養(yǎng)值產(chǎn)物以及其它能源的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括(iii)第二機(jī)械和/或熱分離裝置(50)，所述第二機(jī)械和/或熱分離裝置(50)與第一 生產(chǎn)裝置00)的出口連接；和(iv)第三裝置(60)，所述第三裝置(60)用于轉(zhuǎn)化由所述第二分離裝置(50)制備的產(chǎn) 物，以獲得高營(yíng)養(yǎng)值產(chǎn)物(80)和/或高附加值產(chǎn)物(90)和/或能源(70)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于將(X)2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高營(yíng)養(yǎng)值產(chǎn)物以及其它 能源的系統(tǒng)，其中所述第二機(jī)械和/或熱分離裝置(50)選自由以下各項(xiàng)組成的組-過(guò)濾裝置； -絮凝和/或凝聚裝置； -電凝聚裝置； -超聲系統(tǒng)；-機(jī)械蒸氣再壓縮(MVR)裝置； -離心裝置； -加壓裝置；-使用熱空氣和/或熱廢氣的熱干燥裝置； -冷凍干燥裝置； -多效蒸發(fā)器； -潷析裝置；或 -以上各項(xiàng)的任意組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于將(X)2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高營(yíng)養(yǎng)值產(chǎn)物以及其它 能源的系統(tǒng)，其中所述第三轉(zhuǎn)化裝置(60)選自由以下各項(xiàng)組成的組(a)氣化裝置，以獲得適于用作燃料的氣體；(b)熱化學(xué)熱解轉(zhuǎn)化裝置，所述熱化學(xué)熱解轉(zhuǎn)化裝置在所有壓力范圍內(nèi)運(yùn)行；(d)營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)物提取裝置；(e)它們的任何組合。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的用于將(X)2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高營(yíng)養(yǎng)值產(chǎn)物以及其它能源的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括以下裝置中的至少一種(ν)用于保持所述第一生產(chǎn)裝置00)的結(jié)構(gòu)裝置；(vi)用于集中太陽(yáng)輻射的裝置；(vii)用于使太陽(yáng)輻射的收集最大化的旋轉(zhuǎn)裝置；(viii)用于保持生產(chǎn)模塊的構(gòu)架，由此模塊-構(gòu)架組件是可堆疊的，并且具有允許在 標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)輸容器中運(yùn)輸?shù)暮线m尺寸。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于將CO2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高營(yíng)養(yǎng)值產(chǎn)物以及其它 能源的系統(tǒng)，其中用于集中太陽(yáng)光的裝置選自由以下各項(xiàng)組成的組太陽(yáng)能板、菲涅耳鏡、 光收集和集中系統(tǒng)、太陽(yáng)輻射聚光器或由反射材料制成的光井。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的用于將(X)2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高 營(yíng)養(yǎng)值產(chǎn)物以及其它能源的系統(tǒng)，其中進(jìn)料到第一培養(yǎng)裝置00)中的所述浮游植物培養(yǎng) 物中的(X)2部分或全部地來(lái)自轉(zhuǎn)化裝置(70，80，90)的過(guò)剩(X)2的部分或完全回料。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的用于將(X)2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高營(yíng) 養(yǎng)值產(chǎn)物以及其它能源的系統(tǒng)，其特征在于將所述系統(tǒng)部分浸沒(méi)地安裝在大海、湖泊、河流 或大洋中的漂浮物上。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于將(X)2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高營(yíng)養(yǎng)值產(chǎn) 物以及其它能源的系統(tǒng)，其中所述外部光源選自由下列各項(xiàng)組成的組直接的或者在借助 于太陽(yáng)光集中器集中后的自然光，例如太陽(yáng)輻射；和人造光，如來(lái)自熒光燈、白熾燈、LED、鹵 素?zé)粢约敖柚诳梢酝ㄟ^(guò)放射性激發(fā)的化合物的光產(chǎn)生源的光，或者它們的任意組合。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于將CO2轉(zhuǎn)化為高附加值和/或高營(yíng)養(yǎng)值產(chǎn) 物以及其它能源的系統(tǒng)，其中所述內(nèi)部光源選自由以下各項(xiàng)組成的組直接的或者在借助 于太陽(yáng)光集中器集中后的自然光，例如太陽(yáng)輻射；和人造光，如來(lái)自熒光燈、白熾燈、LED、鹵 素?zé)粢约敖柚诳梢酝ㄟ^(guò)放射性激發(fā)的化合物的光產(chǎn)生源的光，或者它們的任意組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生具有高附加值或營(yíng)養(yǎng)值的產(chǎn)物以及其它能源的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于培養(yǎng)至少一種浮游植物培養(yǎng)物的第一裝置，和用于照射所述浮游植物培養(yǎng)物以促進(jìn)其生長(zhǎng)和/或增殖的自然和/或人工裝置。根據(jù)本發(fā)明，除外部光源以外，浮游植物培養(yǎng)物可以同時(shí)被外部光源和內(nèi)部光源照射。
文檔編號(hào)C12M1/00GK102124093SQ200980132112
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2009年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者伯納德·A·J·斯特羅亞茲沃-穆然 申請(qǐng)人:生物燃料系統(tǒng)有限公司