用于燃料生產(chǎn)的集成生物加工的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供用于增強(qiáng)從藻源生物質(zhì)回收產(chǎn)物的工藝集成的系統(tǒng)和方法。所述增強(qiáng)的工藝集成允許增加來源于可再生來源的輸入料流及其它試劑的使用。這增加了從所述藻源生物質(zhì)中提取的產(chǎn)物的總體可再生特性。所述工藝集成可以包括在藻類加工系統(tǒng)和用于加工非藻類生物質(zhì)的系統(tǒng)之間交換輸入料流或能量。改善工藝集成的一個(gè)實(shí)例是使用以可再生方式產(chǎn)生的含氧物質(zhì)作為用于增強(qiáng)所述藻類加工系統(tǒng)的試劑。
【專利說明】用于燃料生產(chǎn)的集成生物加工
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成加工藻類以形成燃料、潤(rùn)滑劑、化學(xué)產(chǎn)物和/或具有可再生特性的其它產(chǎn)物。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料和潤(rùn)滑劑的常規(guī)生產(chǎn)仍然受礦物石油進(jìn)料向所期望產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化所主導(dǎo)。為了用可再生形式的能量補(bǔ)充和/或替代常規(guī)來源，必須克服多種問題。
[0003]對(duì)于常規(guī)燃料和潤(rùn)滑劑的一種可選方案是生產(chǎn)基于生物質(zhì)的相當(dāng)?shù)娜剂虾蜐?rùn)滑劑?；谏镔|(zhì)的燃料和潤(rùn)滑劑的一個(gè)潛在優(yōu)勢(shì)在于，所得產(chǎn)物可以與現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)相容。理想地，基于生物質(zhì)的燃料和潤(rùn)滑劑將代替常規(guī)產(chǎn)物以“無需事先調(diào)整的”方式使用，允許使用可再生的產(chǎn)物，而不必改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)備。另一潛在用途將是生產(chǎn)與常規(guī)燃料和潤(rùn)滑劑相容的共混料。
[0004]公開的美國(guó)專利申請(qǐng)2009/0081748描述了使用藻類生產(chǎn)生物燃料的集成方法和系統(tǒng)。描述了用于生產(chǎn)包括生物柴油產(chǎn)物和乙醇產(chǎn)物的多種產(chǎn)物的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在本發(fā)明中，提供用于增強(qiáng)從藻源生物質(zhì)回收產(chǎn)物的工藝集成的系統(tǒng)和方法。所述增強(qiáng)的工藝集成允許增加來源于可再生來源的輸入料流及其它試劑的使用。這又增加了從藻源生物質(zhì)提取的產(chǎn)物的總體可再生特性。所述工藝集成可以包括在藻類生物質(zhì)加工系統(tǒng)和用于加工非藻類生物質(zhì)的系統(tǒng)之間交換輸入料流或能量。
[0006]首先，提供用于由藻源生物質(zhì)產(chǎn)生燃料或燃料共混產(chǎn)物的集成方法，其集成了氣化工藝。所述方法包括提供包含來自藻類生長(zhǎng)環(huán)境的藻源生物質(zhì)的進(jìn)料。從所述藻源生物質(zhì)回收燃料或燃料共混產(chǎn)物及殘留產(chǎn)物。任選地，可以將通過另一工藝在生物質(zhì)加工系統(tǒng)中產(chǎn)生的含氧物質(zhì)用作用于回收所述燃料或燃料共混產(chǎn)物的試劑。對(duì)所述殘留產(chǎn)物的至少一部分實(shí)施氣化工藝。所述氣化工藝至少產(chǎn)生氣相輸出料流和氣化殘留料流。所述氣相輸出料流包含H2和CO。然后通過除去不同于H2和CO的一種或多種污染化合物的至少一部分來純化所述氣相輸出料流。例如，可以將NH3從所述氣相輸出料流中除去，或可以將NH3和CO2都除去，以形成第二氣相輸出料流。任選地，可以使所述除去的污染化合物再循環(huán)以用作用于藻類和/或其它生物質(zhì)生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)素。將所述純化的氣相輸出料流的至少一部分轉(zhuǎn)化成一種或多種有機(jī)分子。所述轉(zhuǎn)化可以對(duì)應(yīng)于甲醇合成反應(yīng)、直接發(fā)酵以形成乙醇、費(fèi)-托合成反應(yīng)或受益于含有H2和CO的輸入料流的另一反應(yīng)。
[0007]其次，可選地或另外地，提供用于產(chǎn)生生物燃料的另一方法。所述方法包括使藻類在藻類生長(zhǎng)環(huán)境中生長(zhǎng)。從來自所述藻類生長(zhǎng)環(huán)境的藻源生物質(zhì)進(jìn)料回收第一燃料或燃料共混產(chǎn)物和殘留產(chǎn)物。從第二生物質(zhì)進(jìn)料回收第二燃料或燃料共混產(chǎn)物和第二殘留產(chǎn)物。對(duì)所述第二殘留產(chǎn)物的至少一部分實(shí)施氣化工藝。所述氣化工藝至少生成第一氣相輸出料流和氣化殘留物，所述第一氣相輸出料流包含NH3XO2或其組合。使所述第一氣相輸出料流或所述氣化殘留物的至少一部分再循環(huán)到所述藻類生長(zhǎng)環(huán)境中。
[0008]上述方法中的任一種都可以通過生物燃料生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)施。此外，上述方法中的任一種都可以單獨(dú)或組合地進(jìn)行實(shí)施。因此，本發(fā)明的另一方面為實(shí)施上述方法中的一種或兩種的生物燃料生產(chǎn)系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1描繪適合實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的一方面的方法的反應(yīng)系統(tǒng)。
[0010]圖2描繪適合實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的另一方面的方法的反應(yīng)系統(tǒng)。
[0011]圖3描繪適合實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的另一方面的方法的反應(yīng)系統(tǒng)。
[0012]圖4描繪適合實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的另一方面的方法的反應(yīng)系統(tǒng)。
[0013]圖5描繪適合實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的另一方面的方法的反應(yīng)系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】[0014]鐘述
[0015]由生物源產(chǎn)生燃料是補(bǔ)充和/或替代常規(guī)化石燃料的日益受關(guān)注的領(lǐng)域。目前，由生物源產(chǎn)生的大多數(shù)燃料是含氧燃料例如乙醇，它們旨在補(bǔ)充用于汽油動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料池。還產(chǎn)生了量日益增加的基于生物源的柴油。來自生物源的燃料、潤(rùn)滑劑及其它產(chǎn)物部分地基于從環(huán)境中捕集的碳和能量(日光)。這樣的燃料、潤(rùn)滑劑及其它產(chǎn)物有時(shí)被稱作“可再生”產(chǎn)物。
[0016]遺憾的是，由生物源產(chǎn)生可再生產(chǎn)物的常規(guī)方法仍然受到多個(gè)缺點(diǎn)的困擾。一個(gè)困難在于常規(guī)可再生產(chǎn)物通常在特性上并不可以完全再生。由玉米生產(chǎn)乙醇提供一個(gè)實(shí)例。常將基于玉米的乙醇視為可再生燃料，因?yàn)橛衩缀喜碜灾車h(huán)境的碳。因此，由燃燒基于玉米的乙醇排放的二氧化碳代表最初從環(huán)境中提取的碳。玉米的能量含量也基于日光。然而，由玉米產(chǎn)生乙醇需要多個(gè)工藝步驟。首先，必須種植玉米種子。這通常包括操作由以常規(guī)、不可再生柴油或汽油燃料運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的大型農(nóng)業(yè)設(shè)備。以不可再生燃料運(yùn)轉(zhuǎn)的此類農(nóng)業(yè)設(shè)備還在玉米的生長(zhǎng)和收獲期間進(jìn)行使用。然后將收獲的玉米在能夠從玉米中提取糖/淀粉并使所提取的糖/淀粉發(fā)酵以制得乙醇的蒸餾室或其它設(shè)備中加工。所述發(fā)酵在高溫下進(jìn)行，且通常通過燃燒不可再生的化石燃料來為其提供動(dòng)力。蒸餾以濃縮乙醇通常也由通過燃燒化石燃料提供動(dòng)力。另外，所述提取工藝可以包括操作由不可再生的燃料來源提供動(dòng)力的機(jī)械設(shè)備。
[0017]基于上述實(shí)例，確定產(chǎn)物的可再生特性不僅僅包括考慮產(chǎn)物本身的碳和能量來源。通過燃烷基于玉米的乙醇產(chǎn)生的CO2對(duì)應(yīng)于在玉米生長(zhǎng)期間從環(huán)境中提取的碳原子。然而，制得基于玉米的乙醇包括多種其它CO2排放源。除了動(dòng)力耕作和加工設(shè)備之外，所述發(fā)酵工藝通常還包括燃燒顯著量的燃料。所有這種另外燃料燃燒都由不可再生來源產(chǎn)生C02。結(jié)果，即使通過燃烷基于玉米的乙醇產(chǎn)生的CO2具有可再生特性，但在所述乙醇燃燒之前產(chǎn)生顯著量的不可再生的co2。如果考慮該另外的不可再生的CO2,則所述基于玉米的乙醇的表觀可再生 特性降低。類似地，顯然由玉米常規(guī)產(chǎn)生乙醇包括來自不可再生能量來源的大量輸入。這降低來源于基于玉米的乙醇的能量的可再生特性。
[0018]在由生物源產(chǎn)生可再生產(chǎn)物的道路上仍然有多種障礙。解決的每個(gè)問題沿該道路提供另一步驟。針對(duì)與增加來源于藻類(或其它生物質(zhì))來源的燃料、潤(rùn)滑劑或其它產(chǎn)物的可再生特性有關(guān)的一個(gè)或多個(gè)問題，提供了解決方案。所述解決方案基于在增加的工藝集成下用于藻類生長(zhǎng)和加工以提取產(chǎn)物的多種方法。所述增加的工藝集成可以包括增加在藻類加工期間使用的可再生輸入的數(shù)量，改善在藻類加工期間產(chǎn)生的副產(chǎn)物的使用，將進(jìn)料和/或工藝合并到基于另外形式的生物質(zhì)的藻類加工中，或其組合。例如，在如此處所述的生物燃料生產(chǎn)工藝之中，集成能夠提供如下的協(xié)同作用，其改善總體能量效率、降低從非生物(即，不可再生)來源排放CO2到大氣中、改善能量輸出與能量輸入的比率和/或降低溫室氣體總生產(chǎn)量。
[0019]在本發(fā)明的特定方面，通過使用來源于生物源的試劑加工藻類或藻類產(chǎn)物來提供增強(qiáng)的工藝集成。在藻類生長(zhǎng)期間，所述藻類將產(chǎn)生代表對(duì)于收獲和分離所期望產(chǎn)物的一種或多種有機(jī)產(chǎn)物。通常，雖然由一些形式的藻類也可能生成更輕或更重的分子，但所述一種或多種所期望有機(jī)產(chǎn)物將基于餾出物沸程的分子。所期望有機(jī)產(chǎn)物分子可以適合直接使用，或者所期望產(chǎn)物分子可以經(jīng)歷另外的加工以制得燃料、潤(rùn)滑劑或其它產(chǎn)物。期望的產(chǎn)物分子的任何其它加工都可能產(chǎn)生具有較低沸點(diǎn)或較高沸點(diǎn)的產(chǎn)物。例如，來自一些類型的藻類的所期望產(chǎn)物為脂肪酸(FA)或三?；视王?TAG)?？梢酝ㄟ^組合脂肪酸與含有一個(gè)或多個(gè)醇基團(tuán)的分子而將所述脂肪酸轉(zhuǎn)化成較高沸點(diǎn)的脂肪酸烷基酯。類似地，可以使來自藻類來源的餾出物沸程的分子異構(gòu)化或裂化以形成較低沸程的產(chǎn)物。
[0020]在從藻類樣品提取所期望產(chǎn)物之后，殘留生物質(zhì)的一部分將被留下。該殘留生物質(zhì)通常將包括可發(fā)酵材料或潛在可發(fā)酵的材料。該殘留生物質(zhì)還可以含有如下的材料，其可以在需氧或厭氧消化中加工以形成例如甲烷或氫氣的其它產(chǎn)物。可發(fā)酵材料的量可以根據(jù)提取所期望產(chǎn)物的條件而變化。在一些情況下，在所述殘留生物質(zhì)中(潛在)可發(fā)酵材料的量或重量％可能太低，以致于對(duì)于發(fā)酵工藝在經(jīng)濟(jì)上并不可行。 [0021]當(dāng)在所述殘留生物質(zhì)中存在足夠的可發(fā)酵材料時(shí)，使所述殘留生物質(zhì)的至少一部分發(fā)酵可以產(chǎn)生一種或多種類型的含氧物質(zhì)?？蛇x地，可以使用其它類型的生物質(zhì)來產(chǎn)生含氧物質(zhì)。可以使用例如醇或有機(jī)酸的這些含氧物質(zhì)來輔助所述藻類加工的各部分。使用所述含氧物質(zhì)的實(shí)例包括用作從藻類中提取產(chǎn)物的試劑、用作將潛在可發(fā)酵的殘留產(chǎn)物材料轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵材料的試劑或用作使餾出物沸程分子轉(zhuǎn)化成另一形式的試劑。由可再生材料產(chǎn)生另外的試劑，增加了最終產(chǎn)物的總體可再生特性。
[0022]本發(fā)明的另一方面，提供降低合并到產(chǎn)物中的非生物CO2的量的解決方案。為了實(shí)現(xiàn)合乎需要的生長(zhǎng)速率，除了大氣CO2以外和/或代替大氣CO2，常規(guī)藻類生長(zhǎng)系統(tǒng)通常包括CO2來源。遺憾的是，該另外的CO2來源常來源于化石燃料的燃燒，例如來自發(fā)電站或煉油廠的排出的CO2料流。提供降低或消除藻類生長(zhǎng)所需要的不可再生CO2的量、同時(shí)仍然維持合乎需要的藻類生長(zhǎng)速率的方法。
[0023]降低非生物CO2的量還可以降低在藻類生長(zhǎng)和加工期間產(chǎn)生的溫室氣體的總量。在藻類加工期間用于制得含氧物質(zhì)的發(fā)酵工藝代表CO2的來源。如果允許來自發(fā)酵的CO2逸散，則其代表?yè)p失的CO2,該CO2再次進(jìn)入環(huán)境，而沒有貢獻(xiàn)作為燃料的價(jià)值。捕集該CO2并使其再循環(huán)提供了降低藻類生長(zhǎng)所需要的不可再生CO2的量的方法。在更大的規(guī)模上，可以使用來自其它生物質(zhì)加工的co2。例如，藻類加工系統(tǒng)可以位于用于另一類型生物質(zhì)的加工系統(tǒng)例如釀酒廠的附近。由來自共位的設(shè)備的發(fā)酵(或其它工藝)產(chǎn)生的CO2可以提供藻類生長(zhǎng)所需要的一些或全部co2。這增加了來源于藻類生長(zhǎng)和加工的產(chǎn)物的可再生特性。這也降低了來自共位的工藝的CO2排放。
[0024]例如，糖(來自任何來源)通過酵母菌向乙醇的轉(zhuǎn)化取一分子的化學(xué)計(jì)量的C6H12O6并將其轉(zhuǎn)化成兩個(gè)C2H5OH分子(乙醇)和兩個(gè)CO2分子。這兩個(gè)CO2分子通常損失到環(huán)境中。結(jié)果，由糖的最初生物源(例如，玉米淀粉或藻類生物質(zhì))固定的總碳的三分之一損失到環(huán)境中。不使該碳損失到環(huán)境中，本發(fā)明允許該碳再循環(huán)以用于藻類生長(zhǎng)，最后轉(zhuǎn)化成燃料或其它產(chǎn)物。這增加了藻類生長(zhǎng)工藝的總碳效率，同時(shí)降低了溫室氣體的生產(chǎn)量。
[0025]交換CO2是如何可以集成產(chǎn)生可再生產(chǎn)物的多個(gè)工藝的一個(gè)實(shí)例。同樣可以使用其它類型的工藝集成。一些工藝集成選項(xiàng)涉及將另外的非藻類生物質(zhì)引入藻類加工系統(tǒng)中。其它工藝集成選項(xiàng)可以允許在工藝之間交換熱、給料或試劑。
[0026]工藝集成的又另一潛在優(yōu)勢(shì)在于降低在藻類生長(zhǎng)中肥料的使用。除了碳之外，藻類還需要氮、磷和多種痕量的礦物作為生長(zhǎng)用營(yíng)養(yǎng)素。來自藻類生長(zhǎng)和加工的許多期望產(chǎn)物為不包含氮、磷或痕量金屬的烴。因?yàn)榈?、磷和痕量礦物并沒有合并到產(chǎn)物中，所以這些潛在營(yíng)養(yǎng)素可以在生長(zhǎng)更多藻類的過程中再次使用。
[0027]工藝集成的再另一潛在優(yōu)勢(shì)在于通過在工藝之間集成熱和/或機(jī)械能而改善能量使用。許多生物燃料工藝需要熱來實(shí)施預(yù)處理。一個(gè)實(shí)例是通常在50°C至80°C下實(shí)施的淀粉和纖維素的酶水解。在未集成的設(shè)施中，用于維持加工溫度的熱通常由通過燃燒化石燃料來提供。然而該工藝需要的熱可由通過使用來自藻類水熱加工的低水平廢熱來提供。也可以將類似類型的熱交換用 于在低于100°C的溫度下進(jìn)行的蒸餾。除了改善的熱交換之外，為了產(chǎn)生熱而進(jìn)行的任何燃燒都可以由在殘留藻類生物質(zhì)厭氧消化期間產(chǎn)生的廢氣來提供動(dòng)力。此類厭氧消化還提供CO2以便再循環(huán)到藻類生長(zhǎng)階段。任選地，在用于加工兩種不同類型的生物質(zhì)的系統(tǒng)之間也可以使用熱交換。
[0028]本發(fā)明的另一方面，另外的工藝集成可以通過使用氣化加工殘留生物質(zhì)和/或其它類型的生物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)。氣化通常涉及將進(jìn)料暴露于如下環(huán)境中的高溫，其具有比完全燃燒進(jìn)料所需要的O2少的02。這產(chǎn)生多種產(chǎn)物，包括NH3、CO2, CO和h2。通常還產(chǎn)生固體氣化殘留物。NH3和CO2可以作為用于藻類生長(zhǎng)和/或其它類型生物質(zhì)生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)素而分離出來。CO和H2可用作例如甲醇生產(chǎn)或費(fèi)-托合成的多種工藝的進(jìn)料?？蛇x地，可以通過各種微生物將CO和H2直接發(fā)酵成乙醇或其它小含氧物質(zhì)。甲醇可用作用于合成脂肪酸甲酯(FAME)的試劑并且也可以用于生產(chǎn)其它化學(xué)品或汽油。除了提供烷烴之外，費(fèi)-托合成工藝還產(chǎn)生如下的水性副產(chǎn)物，其包括如下組分的混合物:含氧物質(zhì)，例如醇，和含有I至3個(gè)碳原子的有機(jī)酸。在所述副產(chǎn)物中的含氧物質(zhì)可以在藻類或其它生物質(zhì)水熱加工期間作為試劑使用。所述氣化殘留物可以經(jīng)歷另外的加工，例如酸洗，以允許回收在所述氣化殘留物中存在的磷、痕量金屬和任何其它營(yíng)養(yǎng)素。雖然需要高溫來對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行氣化，但氣化可以改善再循環(huán)在生物質(zhì)輸入中存在的大多數(shù)或所有材料的能力。這允許降低溫室氣體的產(chǎn)生以及降低藻類生長(zhǎng)和/或其它生物質(zhì)生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)素的量。另外，可以將富CO2的氣體料流用作藻類池的進(jìn)料。該CO2氣體料流可以對(duì)應(yīng)于初始或在氣化和之后工藝的多種階段期間產(chǎn)生的C02?？梢詫埩魵怏w料流(例如，4和/或CO)燃燒產(chǎn)生熱和/或功和在組合工藝的其它部分中使用。
[0029]定義[0030]“餾出物沸程”在此處定義為包括如下的分子，其在約212 T (IOO0C )至約1100 0F (5930C )、優(yōu)選約 250 0F (121°C )至 750 0F (399°C )、更優(yōu)選約 300 0F (149°C )至約700 T (371°C)下沸騰。也可以使用在該定義內(nèi)的較窄范圍，以滿足例如柴油產(chǎn)品規(guī)格或噴氣燃料產(chǎn)品規(guī)格的產(chǎn)品規(guī)格。應(yīng)注意，藻類也可以在生產(chǎn)所期望餾出物沸程分子之前、期間或之后生成在餾出物沸程之外的產(chǎn)物。在所述餾出物范圍之外的所述產(chǎn)物可以包括石腦油(汽油)沸程分子或沸點(diǎn)在所述餾出物沸程之上的分子。更一般地，所期望產(chǎn)物潛在地包括由藻類產(chǎn)生的任何方便的有機(jī)物種。合適類型的有機(jī)分子包括沒有官能團(tuán)的分子(例如，烷烴)以及具有一種或多種類型的官能團(tuán)的分子，例如醇、胺、有機(jī)酸、其它雜原子官能團(tuán)、烯烴、芳族化合物或其它不飽和官能團(tuán)。由藻類產(chǎn)生的期望產(chǎn)物可以在不另外加工的情況下使用?？蛇x地，可以使用另外的加工以將所期望的藻類產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成其它分子，所述分子可能包括具有不同沸程的分子或具有類似沸程但具有改善的性質(zhì)的分子。轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物也可能適合用于或共混至較輕組分用汽油，或者用于或共混至用于比優(yōu)選餾出物沸程重的分子的潤(rùn)滑劑。
[0031]“燃料產(chǎn)物”在此處定義為適合直接或在任選的另外加工之后用作燃料的產(chǎn)物。
[0032]“燃料共混產(chǎn)物”在此處定義為適合直接或在任選的另外加工之后共混至燃料的
產(chǎn)物。
[0033]關(guān)于燃料或燃料共混產(chǎn)物，對(duì)應(yīng)于滿足對(duì)于燃料產(chǎn)物或燃料共混產(chǎn)物中的至少一種的定義的產(chǎn)物。應(yīng)注意，燃料產(chǎn)物或燃料共混產(chǎn)物并非必須作為燃料產(chǎn)物或燃料共混產(chǎn)物使用以滿足該定義。而是，該定義確定適合作為燃料產(chǎn)物或燃料共混產(chǎn)物的產(chǎn)物。例如，乙醇例如通過作為汽油用燃料共混產(chǎn)物使用而適合用作燃料產(chǎn)物或燃料共混產(chǎn)物。乙醇還適合其它用途，例如在水熱加工或溶劑提取期間促進(jìn)從藻類中提取產(chǎn)物。在一些情況下，從根據(jù)本發(fā)明的方法產(chǎn)生的乙醇將用于產(chǎn)物提取或用于除作為燃料使用之外的其它用途。根據(jù)此處的定義，即使這種乙醇用于不同的用途，但仍將其視為燃料或燃料共混產(chǎn)物。
[0034]“水熱加工” (hydrothermal processing)通常是指在水存在下在高溫和高壓條件下處理藻類?？梢匀芜x在氫氣、催化劑和/或例如一種或多種醇或酸的另外試劑存在下進(jìn)行水熱加工。在下文中更詳細(xì)地描述合適的水熱加工條件。不是“水熱加工”的其它可能的提取方法包括溶劑提取、吸收、吸附、空化(cavitation)、細(xì)胞溶解和沉降。
[0035]“營(yíng)養(yǎng)素”為適合用于支持藻類生長(zhǎng)的碳、磷、氮和痕量金屬的來源。應(yīng)注意，關(guān)于含有營(yíng)養(yǎng)素的試劑料流，可以指示僅存在碳、磷、氮或痕量金屬中的一種。所述痕量金屬可以根據(jù)所生長(zhǎng)藻類的類型和/或用于產(chǎn)生所述營(yíng)養(yǎng)素的生物質(zhì)的類型而變化。如果無法得到營(yíng)養(yǎng)素的生物質(zhì)源，則可以利用多種類型的肥料來供應(yīng)營(yíng)養(yǎng)素到藻類生長(zhǎng)池。
[0036]“藻源生物質(zhì)”(algal derived biomass)或“藻-源生物質(zhì)”(algal-derivedbiomass)被定義為如下的生物質(zhì),其含有藻類和/或含有通過對(duì)藻類生物質(zhì)實(shí)施一個(gè)或多個(gè)加工步驟而產(chǎn)生的化合物。
[0037]“非藻類生物質(zhì)”或“非藻類的生物質(zhì)”被定義為如下的生物質(zhì)，其不含藻類和/或通過對(duì)不含藻類的生物質(zhì)實(shí)施一個(gè)或多個(gè)加工步驟產(chǎn)生的化合物。在此處提到的非藻類生物質(zhì)的來源可以包括任何方便的生物質(zhì)來源。合適的來源包括植物生物質(zhì)來源(包括纖維素和木質(zhì)纖維素來源)和動(dòng)物生物質(zhì)來源。生物質(zhì)的其它非藻類來源包括廢物來源,例如城市固體廢物(MSW)。例如，城市固體廢物可以經(jīng)由發(fā)酵加工以形成合成氣。所述合成氣然后可以例如用于生成在藻類加工中使用的乙醇。
[0038]“含氧物質(zhì)” (oxygenate)是具有4個(gè)或更少碳的包含至少一個(gè)如下官能團(tuán)的任何有機(jī)分子，其含有氧原子，例如醇、有機(jī)酸、醛、酮等。含氧物質(zhì)的具體實(shí)例包括乙醇、甲醇、丁醇、異丁醇、乙酸乙酯、丙酮和乙酸。
[0039]“發(fā)酵”通常是指使用細(xì)菌或酵母菌將有機(jī)原料轉(zhuǎn)化成醇或有機(jī)酸。這包括如下兩者:生成單一含氧物質(zhì)物種的發(fā)酵，以及多級(jí)或多產(chǎn)物發(fā)酵路徑，例如丙酮-丁醇-乙醇(ABE)路徑。典型的原料包括糖類物(saccharide)或其它糖(sugar)。由所述細(xì)菌或酵母菌消耗的糖類物或糖可以來源于較大的分子，例如淀粉、纖維素或其它多糖。在被所述細(xì)菌或酵母菌消耗之前，所述較大的分子通過水解或另外的機(jī)械、化學(xué)或酶促預(yù)處理工藝轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵的糖類物或糖。
[0040]術(shù)語(yǔ)“可發(fā)酵的材料”在此處廣泛定義為包括可以通過水解或另外合適的預(yù)處理工藝轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵材料的例如多糖的材料。
[0041]“消化”在此處是指在厭氧環(huán)境中將含有有機(jī)材料的進(jìn)料暴露于細(xì)菌的過程。所述細(xì)菌將所述進(jìn)料材料轉(zhuǎn)化成適合進(jìn)一步使用的消化產(chǎn)物。典型的消化產(chǎn)物包括氫氣，揮發(fā)性有機(jī)小分子，例如甲燒、CO2,和含有磷、氮和/或痕量金屬的多種化合物。所述氫氣和有機(jī)小分子通常適合用作燃料，而CO2及其它殘留化合物可以作為營(yíng)養(yǎng)素被再循環(huán)至藻類生長(zhǎng)池。
[0042]如上文所指出的，一種潛在的營(yíng)養(yǎng)素來源是由生物質(zhì)來源產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)素。在加工以提取所期望產(chǎn)物之后和任選在發(fā)酵以制得含氧物質(zhì)之后，將保留殘留生物質(zhì)的一部分。該殘留生物質(zhì)的一部分通常將對(duì)應(yīng)于處于某一形式的磷化合物、氮化合物及其它痕量金屬。該殘留生物質(zhì)可以通過厭氧消化工藝轉(zhuǎn)化成適合用作營(yíng)養(yǎng)素的形式。
[0043]氣化是轉(zhuǎn)化殘留生物質(zhì)的另一選項(xiàng)。氣化產(chǎn)生多種氣相產(chǎn)物，例如CO2和冊(cè)13。在氣化期間的多個(gè)階段產(chǎn)生的富CO2料流適合引入藻類池中以促進(jìn)藻類生長(zhǎng)。氣化具有耐受多種給料的優(yōu)勢(shì)。合適的氣化進(jìn)料可以包括但不限于作物殘留物、藻類殘留物、城市固體廢物和原始木質(zhì)纖維素來源。氣化通常還產(chǎn)生含有其它生物質(zhì)殘?jiān)缌缀秃哿拷饘俚臍埩魵饣腆w。氣化另外的潛在益處在于使用氣化作為熱或能量來源。雖然氣化需要高溫以能夠?qū)崿F(xiàn)氣化反應(yīng)，但氣化工藝通常是放熱的。在氣化期間釋放的能量可以用作用于其它工藝的熱，或者可以捕集所述熱并將其轉(zhuǎn)化成電力或另外類型的能量?？梢詫⒃撛撃芰坎都跃S持在池中的最適宜藻類生長(zhǎng)溫度，該池中平均溫度低于所述最適宜生長(zhǎng)溫度。另外或可選地，該能量可以用于提供熱到水熱工藝或其它工藝。這樣的熱集成改善藻類加工的效率且因此改善總體生物燃料輸出。
[0044]任選地，消化或氣化工藝可另外包括對(duì)于磷、氮和/或痕量金屬化合物的后處理。例如，后處理酸洗可以改善此類化合物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值以便在未來的藻類生長(zhǎng)中使用。所述工藝將采用出售形式的無機(jī)營(yíng)養(yǎng)素且使得所述營(yíng)養(yǎng)素可溶于水并可生物利用。所述水溶性且可生物利用的營(yíng)養(yǎng)素因此適合再次引入藻類生長(zhǎng)池或潛在地作為用于生長(zhǎng)其它作物的肥料。
[0045]在產(chǎn)物提取中集成使用含氧物質(zhì)
[0046]增強(qiáng)從藻類中提取/生產(chǎn)產(chǎn)物的工藝集成的一種方法是產(chǎn)生含氧物質(zhì)以便在加工藻類(或其它生物質(zhì))中作為總體藻類加工系統(tǒng)的一部分使用。例如，如果使用水熱加工來從藻類提取所期望產(chǎn)物分子，則加入醇和/或有機(jī)酸可以增強(qiáng)提取工藝。所述醇或有機(jī)酸也可以在藻類加工系統(tǒng)中的多個(gè)位點(diǎn)處用作溶劑。醇提取提供從藻類提取產(chǎn)物分子例如餾出物沸程分子的另一可選方案。又另一選項(xiàng)是在提取所期望產(chǎn)物材料之后使用醇、酮、醛或有機(jī)酸作為用于分解殘留生物質(zhì)的工藝的一部分。雖然分解殘留生物質(zhì)并不直接引起燃料生產(chǎn)(和/或其它產(chǎn)物生產(chǎn))增加，但殘留生物質(zhì)的水解促進(jìn)CO2和/或營(yíng)養(yǎng)素最后再循環(huán)到藻類生長(zhǎng)中。這減少了廢物且增加了由藻類加工產(chǎn)生的產(chǎn)物的總體可再生特性。
[0047]圖1顯示包括用于進(jìn)行從藻類來源集成回收所期望產(chǎn)物的多種選項(xiàng)的系統(tǒng)。如在圖1中所顯示的系統(tǒng)允許來自產(chǎn)物提取的殘留生物質(zhì)用于產(chǎn)生含氧物質(zhì)例如乙醇或乙酸。所產(chǎn)生的醇或酸任選用作用于產(chǎn)物提取工藝的試劑。可選地，在發(fā)酵之前使產(chǎn)生的含氧物質(zhì)再循環(huán)到用于分解殘留生物質(zhì)的水解工藝。在任一選項(xiàng)中，使來自發(fā)酵工藝的剩余的不溶產(chǎn)物和CO2再循環(huán)以在另外藻類的生長(zhǎng)中使用。以下提供在圖1中所示的系統(tǒng)的綜述。在本文中稍后提供包括變體的個(gè)別工藝的更詳細(xì)的描述。
[0048]在圖1中，一個(gè)或多個(gè)藻類生長(zhǎng)池110允許藻類生長(zhǎng)且形成所期望產(chǎn)物。生長(zhǎng)池110接收多種輸入。圖1顯示由該系統(tǒng)用于加工藻類的其它部分產(chǎn)生的輸入。這些輸入包括水料流101和水料流151、營(yíng)養(yǎng)素料流162和營(yíng)養(yǎng)素料流172及CO2料流144。取決于藻類生長(zhǎng)及產(chǎn)物回收系統(tǒng)的構(gòu)造，所有這些料流都是任選的。如果需要，則該藻類生長(zhǎng)池可以任選供應(yīng)有來自外部來源的另外的水、營(yíng)養(yǎng)素和/或C02。外部來源的實(shí)例包括作物殘留物(例如，來自在生物燃料生產(chǎn)中未直接涉及的作物的殘留物)或未在動(dòng)物飼料生產(chǎn)中使用的殘留生物質(zhì)。
[0049]當(dāng)期望在產(chǎn)物提取用池中加工藻類時(shí)，該藻類初始例如通過使用離心機(jī)105脫水。離心機(jī)105產(chǎn) 生藻類和產(chǎn)物料流106 (具有降低的水含量)和側(cè)水料流107。側(cè)水料流107可以儲(chǔ)存在儲(chǔ)水槽108中，直至生長(zhǎng)池110準(zhǔn)備接收作為水料流101的另外的水?？蛇x地，側(cè)水料流107可以直接返回到生長(zhǎng)池例如生長(zhǎng)池110中。應(yīng)注意到，藻類和產(chǎn)物料流106可能僅含有進(jìn)入離心機(jī)105的藻類和產(chǎn)物的一部分，因?yàn)橐恍┰孱惡彤a(chǎn)物可能與側(cè)水料流107 —起返回生長(zhǎng)池110中。降低來自生長(zhǎng)池的藻類的水含量的方法的其它實(shí)例包括但不限于使用日光、旋轉(zhuǎn)干燥器、快速干燥器、真空干燥器、烘箱、冷凍干燥器、熱風(fēng)干燥器、微波干燥器和過熱蒸汽干燥器。
[0050]具有降低的水含量的藻類和產(chǎn)物料流106然后暴露于加工條件下以便在油回收工藝120中提取所期望產(chǎn)物。合適的油回收工藝120的實(shí)例包括水熱加工和醇提取。也可以任選在另外加工容器128的產(chǎn)物之后用由在儲(chǔ)存容器128中發(fā)現(xiàn)的藻類產(chǎn)生的產(chǎn)物(例如，燃料或燃料共混產(chǎn)物)進(jìn)行提取。在一些情況下，在油回收工藝120中使用的醇和/或有機(jī)酸作為在該系統(tǒng)內(nèi)由稍后工藝產(chǎn)生的輸入料流156而進(jìn)行提供。在油回收工藝120之后，將排出物124傳送到分離器125。將一部分排出物124分離出來以形成料流126。料流126包含一種或多種所期望產(chǎn)物的至少一部分(優(yōu)選至少大部分)。優(yōu)選所述一種或多種期望產(chǎn)物包含適合用作燃料或燃料共混產(chǎn)物的分子。所述一種或多種期望產(chǎn)物的至少一種可以為餾出物沸程產(chǎn)物。在圖1中，將料流126傳送到儲(chǔ)槽128中以等候?qū)λ鲆环N或多種產(chǎn)物的進(jìn)一步加工，例如進(jìn)一步精制、純化或其它改性?？蛇x地，料流126可以直接傳送到后續(xù)工藝中。排出物124的剩余部分作為殘留料流129離開分離器125。該殘留料流可以包含多種材料，包括藻類外殼及在回收所期望產(chǎn)物之后剩余的其它過量固體。殘留料流129由于實(shí)施該分離的實(shí)際限制還可能包含餾出物沸程產(chǎn)物的一部分。在圖1中所示的系統(tǒng)中，選擇油回收工藝120的條件以使得殘留料流129含有足夠量的淀粉、糖類物、多糖及其它(潛在)可發(fā)酵的化合物，以使得后續(xù)發(fā)酵工藝合乎需要和/或經(jīng)濟(jì)上可行。應(yīng)注意，殘留料流129可以僅對(duì)應(yīng)于來自油回收工藝120的殘留產(chǎn)物的一部分。其它殘留產(chǎn)物可在沒有示出的其它料流中離開油回收工藝120。
[0051]在圖1中，將分離器125 (以及分離器135、145和175)顯示為單個(gè)分離器。這是為了便于解釋如在圖1中所述的本發(fā)明。然而，此處所述的分離器中的任一個(gè)都可以代表一個(gè)或多個(gè)分離器。例如，分離器的一些輸入流可以具有超過2個(gè)的不同相，例如氣相、水相、有機(jī)或其它非極性相和/或固相或者任何上述相中的多個(gè)。實(shí)施所期望分離可能需要一系列分離器以由輸入料流生成所期望的輸出流。應(yīng)理解的是，關(guān)于使用分離器，也包括使用多個(gè)分離器?？勺鳛槎鄠€(gè)分離器的一部分使用的可能的分離器包括氣-液分離器、液-固分離器(例如，沉降槽或離心機(jī))和用于分離不混溶或部分混溶的液相的分離器。
[0052]殘留料流129可以轉(zhuǎn)化成可在該系統(tǒng)中其它位置用作輸入的一種或多種料流。為了開始該轉(zhuǎn)化，將殘留料流129傳送到水解工藝130或另外類型的發(fā)酵預(yù)處理工藝中。然后對(duì)該殘留料流進(jìn)行預(yù)處理以釋放可發(fā)酵的材料。水解工藝130可以代表化學(xué)水解工藝、酶促水解工藝或其組合。優(yōu)選地，水解工藝130可以包括使用由在該系統(tǒng)中的另外工藝提供的醇或有機(jī)酸157。水解工藝130 (或其它發(fā)酵預(yù)處理工藝)產(chǎn)生適合發(fā)酵的水解多糖的水溶性產(chǎn)物及其它水解的可溶性化合物。水解工藝130還產(chǎn)生不溶性副產(chǎn)物。對(duì)于水解工藝130顯示的輸出僅是代表性的，且還可產(chǎn)生另外的水溶性產(chǎn)物和/或不溶性副產(chǎn)物料流。
[0053]然后將來自水解工藝130的水解產(chǎn)物134傳送到分離器135中。當(dāng)然，如果使用另外類型的預(yù)處理，則將來自該可選類型的發(fā)酵預(yù)處理工藝的產(chǎn)物傳送到該分離器中。分離器135將該水解產(chǎn)物分離成水溶性產(chǎn)物136和不溶性副產(chǎn)物138。在進(jìn)一步加工之前，可以任選儲(chǔ)存137該不溶 性副產(chǎn)物。應(yīng)注意到，水性的水解產(chǎn)物136也可包含不可發(fā)酵的材料。類似地，一部分可發(fā)酵材料可能保留在不溶性副產(chǎn)物138中。
[0054]然后將至少一部分水溶性產(chǎn)物136傳送至發(fā)酵罐140中以將水解的可溶性化合物(例如，糖類物)轉(zhuǎn)化成含氧物質(zhì)例如醇、醛、酮或有機(jī)酸。該發(fā)酵以任何方便的方式進(jìn)行實(shí)施，例如通過使用酵母菌或另外的發(fā)酵劑例如細(xì)菌、藍(lán)藻細(xì)菌或其它微生物進(jìn)行實(shí)施。所述發(fā)酵劑可以為天然存在的、傳統(tǒng)改性或轉(zhuǎn)基因的以基于效率或產(chǎn)物物種形成的增益而改善發(fā)酵工藝。所述水解的可溶性化合物的發(fā)酵導(dǎo)致產(chǎn)生含氧物質(zhì)、CO2和可能地一些不溶性副產(chǎn)物。將這些發(fā)酵產(chǎn)物傳送至分離器145中。將至少一部分CO2捕集在CO2儲(chǔ)槽149中，可以將其用于產(chǎn)生CO2料流144以便在另外藻類的生長(zhǎng)中使用。將至少一部分不溶性副產(chǎn)物148捕集在槽147中以便進(jìn)一步加工。副產(chǎn)物148也可以潛在地加到由總體集成工藝生成的動(dòng)物或魚類飼料中。此外，應(yīng)注意到，分離方面的實(shí)際限制可能導(dǎo)致含氧物質(zhì)保留在不溶性副產(chǎn)物148中。
[0055]然后將來自發(fā)酵140的含氧物質(zhì)產(chǎn)物蒸餾150以產(chǎn)生在水性環(huán)境中更濃的含氧物質(zhì)產(chǎn)物?？梢詫⑺脻饪s的含氧物質(zhì)料流儲(chǔ)存154以便在以后使用?？蛇x地，在儲(chǔ)存之前可以將濃縮的含氧物質(zhì)料流另外加工以將在發(fā)酵期間形成的含氧物質(zhì)轉(zhuǎn)化成其它產(chǎn)物。然后在任選的進(jìn)一步加工之后，可以將濃縮的含氧物質(zhì)料流用作在該系統(tǒng)中其它工藝的輸入。例如，可以將一部分含氧物質(zhì)用作用于油回收120的輸入料流156。另外或可選地,可以將一部分含氧物質(zhì)用作用于水解130的輸入料流157。蒸餾150還產(chǎn)生另外的水，在進(jìn)一步使用之前，例如使該水作為用于藻類生長(zhǎng)池的輸入料流151再循環(huán)之前，任選可以將該另外的水儲(chǔ)存152。任選地，可以使用蒸餾150以分離在該水性環(huán)境中存在的其它水溶性產(chǎn)物。例如，該水相通常將包含蛋白質(zhì)、氨基酸或其它不可發(fā)酵的材料，其具有作為該加工系統(tǒng)的其它部分的輸入料流的價(jià)值?？梢詫⑦@些材料從該水相中分離以便用作營(yíng)養(yǎng)素或用于其它目的。
[0056]除了產(chǎn)生在該系統(tǒng)中使用的含氧物質(zhì)和使水再循環(huán)之外，也可以加工在該系統(tǒng)中產(chǎn)生的不溶性副產(chǎn)物以允許營(yíng)養(yǎng)素再循環(huán)。不溶性副產(chǎn)物138和148可以以多種方式進(jìn)行加工以回收營(yíng)養(yǎng)素。一種選項(xiàng)是使用酸洗160以從至少一部分副產(chǎn)物中提取營(yíng)養(yǎng)素例如氮、磷和金屬。這產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)素料流162，在將營(yíng)養(yǎng)素料流162傳送到藻類生長(zhǎng)池之前，任選可以將其儲(chǔ)存164。另一選項(xiàng)是使用厭氧消化器170以加工不溶性副產(chǎn)物的至少一部分。這可以產(chǎn)生可包含甲烷和/或氫氣的氣相產(chǎn)物176。任選可以儲(chǔ)存177氣相產(chǎn)物176以便將來用作燃料，例如產(chǎn)生用于該系統(tǒng)的熱的燃料。任選還可以產(chǎn)生包含CO2的第二氣相產(chǎn)物178?？梢詫⒑珻O2的產(chǎn)物178再循環(huán)到藻類生長(zhǎng)系統(tǒng)，儲(chǔ)存以便將來使用，或以任何其它方便的方式另外加工?？梢詫庀喈a(chǎn)物176和含CO2的產(chǎn)物178從剩余營(yíng)養(yǎng)素料流172中分離175。在圖1中，為了便于描述本發(fā)明，氣相產(chǎn)物176和含CO2的產(chǎn)物178顯示為從分離器175出來的單獨(dú)料流。然而，氣相產(chǎn)物176和含CO2的產(chǎn)物178可以從分離器175中作為單一料流出來，然后將其進(jìn)一步加工以形成單獨(dú)的料流176和178。在傳送到藻類生長(zhǎng)池之前，任選儲(chǔ)存174營(yíng) 養(yǎng)素料流172。
[0057]在生物柴油提取中合并另外的生物質(zhì)和使用含氧物質(zhì)
[0058]可以使用另外類型的生物質(zhì)以補(bǔ)充產(chǎn)生的所期望產(chǎn)物(例如，餾出物沸程產(chǎn)物)的量和/或補(bǔ)充可在該系統(tǒng)中利用的可發(fā)酵材料的量。在圖1中所示的實(shí)例中，生物材料的唯一來源是來自該藻類生長(zhǎng)池的藻類。任何合適類型的藻源生物質(zhì)都將生成一些產(chǎn)物分子，產(chǎn)生一些殘留生物質(zhì)，并提供一些營(yíng)養(yǎng)素和CO2以便再循環(huán)到藻類生長(zhǎng)中。然而，對(duì)于典型的藻類，預(yù)期將需要一些另外量的含氧物質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)素和/或CO2以維持連續(xù)生長(zhǎng)和收獲循環(huán)。例如，僅僅從物料平衡的觀點(diǎn)來看，藻類生長(zhǎng)和加工系統(tǒng)的目的在于產(chǎn)生產(chǎn)物分子，例如適合在燃料中使用的分子。此類分子從藻類中提取并離開該系統(tǒng)以便任選的進(jìn)一步加工。這些分子運(yùn)載碳離開該藻類生長(zhǎng)和加工系統(tǒng)。為了該系統(tǒng)的持續(xù)操作，必須引入另外的碳源。
[0059]由系統(tǒng)產(chǎn)生的含氧物質(zhì)的量可以是所考慮的另一因素。產(chǎn)生所期望量的產(chǎn)物材料的藻類菌株在發(fā)酵后未必還產(chǎn)生大量的含氧物質(zhì)。一種選項(xiàng)可以是改進(jìn)對(duì)于藻類樣品的加工條件以平衡產(chǎn)物分子的提取與含氧物質(zhì)的生成。然而，該類型的平衡可能降低適合用作燃料產(chǎn)物、燃料共混產(chǎn)物或另外類型產(chǎn)物的分子的產(chǎn)率。
[0060]另一可選方案是將另外的生物質(zhì)加到該加工系統(tǒng)中?？梢约尤肴魏畏奖泐愋偷纳镔|(zhì)。一種選項(xiàng)是加入也產(chǎn)生合乎需要的產(chǎn)物分子的另外類型的生物質(zhì)。例如，藻類加工系統(tǒng)可以位于用于基于植物的油例如豆油、菜籽油或棕櫚油的加工設(shè)備附近。在該類型的實(shí)例中，用于該基于植物的油的進(jìn)料的一部分可以轉(zhuǎn)向至該藻類加工系統(tǒng)且與藻類共同加工。除了提取植物油之外，在加工之后來自植物材料的剩余材料將提供用于形成含氧物質(zhì)或其它溶劑、產(chǎn)生CO2和/或產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)素的另外的殘留生物質(zhì)。從來自植物油加工的殘留生物質(zhì)回收的另外的CO2和/或營(yíng)養(yǎng)素，可以用于增加由該藻類加工系統(tǒng)產(chǎn)生的所得生物柴油的總體可再生特性。還可以共同加工產(chǎn)生餾出物沸程材料的其它類型的生物質(zhì)，例如籽型生物質(zhì)。
[0061]另一選項(xiàng)是加入主要旨在增加可發(fā)酵材料的量的生物質(zhì)。在該類型的選項(xiàng)中，使用生物質(zhì)的潛在可發(fā)酵內(nèi)容物以提供用于含氧物質(zhì)生成和CO2/營(yíng)養(yǎng)素產(chǎn)生的另外材料。例如，目前將玉米用作用于生成作為可再生燃料的乙醇的原料。不是直接使用乙醇作為燃料，而是可以將由玉米產(chǎn)生的乙醇用作用于提取并加工由藻類產(chǎn)生的燃料或燃料產(chǎn)物分子的補(bǔ)充試劑。因此可以將該燃料或燃料產(chǎn)物分子(例如，餾出物沸程分子)直接用作燃料或在另外的加工或共混之后用作燃料。通過使用藻類作為產(chǎn)生燃料的主要來源，同時(shí)使用玉米提供補(bǔ)充試劑，每能量單位的燃料所需要的玉米的量大幅降低。這是有利的，因?yàn)榭梢允褂迷谄渌矫娴蛢r(jià)值的土地生長(zhǎng)藻類，而玉米通常在高價(jià)值的耕地上生長(zhǎng)。這提供將來源于非藻類生物質(zhì)來源的試劑(來自加工玉米的含氧物質(zhì))合并到用于加工藻類的系統(tǒng)中的實(shí)例。在這些工藝之間另外的集成可以通過如下方式來實(shí)現(xiàn):使用由藻類產(chǎn)生的燃料，作為用于由玉米形成含氧物質(zhì)的發(fā)酵和/或蒸餾工藝的燃料來源。一種選項(xiàng)是使用自藻類收獲的產(chǎn)物分子。更具吸引力的選項(xiàng)是使用來源于藻類的厭氧消化的甲烷和/或氫氣作為用于含氧物質(zhì)生成的燃料氣。
[0062]更一般地，使藻類加工系統(tǒng)位于用于加工另外類型的生物質(zhì)的設(shè)備附近，提供多種協(xié)同作用?？梢詫⒃匣騺碜砸环N類型的加工設(shè)備的部分加工的材料傳送至另一設(shè)備。這可以允許例如提供作為初始輸入的纖維素材料，提供用于促進(jìn)藻類加工的含氧物質(zhì)，提供促進(jìn)另外的藻類生長(zhǎng)的具有可再生性質(zhì)的另外CO2，在加工系統(tǒng)之間交換燃料、熱能和/或機(jī)械能，或在加工設(shè)備之間的任何其它方便類型的協(xié)同作用。使這些設(shè)備接近還降低傳輸和加工各種類型的生物質(zhì)所需要的化石燃料的使用。
[0063]生物質(zhì)通常含有顯著量的三種類型的材料。這三種材料為纖維素材料、半纖維素和木質(zhì)素。餾出物沸程分子、含氧物質(zhì)和/或其它產(chǎn)物分子通常來源于纖維素材料。木質(zhì)素更加難以加工且常由于燃燒值而燃燒。可以通過燃燒木質(zhì)素產(chǎn)生能量、同時(shí)捕集生成的CO2用作藻類生長(zhǎng)的輸入來增加總體碳效率。常由半纖維素生成的5碳糖通常以較低的效率且在顯著未轉(zhuǎn)化材料剩余的情況下轉(zhuǎn)化成乙醇。可以將未轉(zhuǎn)化材料的剩余部分燃燒以提供熱和C02。該熱可以由該藻類加工系統(tǒng)的其它部分使用，例如用于蒸餾或水熱加工。該0)2可以用作另外的藻類生長(zhǎng)的輸入。
[0064]圖2顯示包括用于實(shí)施集成的產(chǎn)物回收的多種選選項(xiàng)的系統(tǒng)。在圖2中所示的系統(tǒng)中，使用兩種生物質(zhì)來源。一種生物質(zhì)來源是一個(gè)或多個(gè)藻類池210。另一種生物質(zhì)來源280可以為除諸如一個(gè)或多個(gè)藻類池210的藻類來源以外的任何方便的生物質(zhì)來源。這可以包括任何上述的非藻類生物質(zhì)類型。
[0065]在將生物質(zhì)引入油回收工藝220或水解工藝230之前，可以使用初始工藝以改性來自生物質(zhì)來源280 的生物質(zhì)?？梢允褂梦锢砑庸て?85以將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化到更易于在后續(xù)加工中使用的粒度。例如，可以使植物生物質(zhì)(例如，纖維素或木質(zhì)纖維素生物質(zhì))穿過研磨機(jī)、切碎機(jī)、螺旋壓榨機(jī)或其它物理加工器285以降低和/或改進(jìn)生物質(zhì)的粒度。此類物理工藝也可以幫助從殘留材料中分離油。如果油回收工藝220對(duì)應(yīng)于干式工藝，則也可以干燥(未示出)物理改性的生物質(zhì)286以除去過量的水。如果對(duì)于油回收使用水熱加工或醇提取，則這樣的干燥步驟是任選的且可能不需要。也可以任選將物理改性的生物質(zhì)286制粒。
[0066]可以將其它化學(xué)和/或酶促方法用作物理改性的可選方法，或者除了物理改性之外，還可以使用其它化學(xué)和/或酶促方法。改性生物質(zhì)的化學(xué)方法使用如下的化合物或混合物，其分解細(xì)胞的結(jié)構(gòu)成分和/或溶解細(xì)胞。合適的化學(xué)品包括酸(例如，鹽酸、硝酸、乙酸、硫酸或磷酸)、堿(例如，漂白劑、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鈣、氫氧化鈣、固態(tài)催化劑或氨)、洗滌劑和低滲或高滲溶液。改性生物質(zhì)的酶促方法使用如下的任何酶或酶混合物，其分解細(xì)胞的結(jié)構(gòu)成分和/或溶解細(xì)胞。
[0067]圖2顯示可以如何將物理改性的生物質(zhì)引入該系統(tǒng)的藻類加工部分中的兩種選項(xiàng)。可以使用這些選項(xiàng)中的一種或兩種。一種選項(xiàng)是將物理改性的生物質(zhì)286引入油回收工藝220中。第二選項(xiàng)是將物理改性的生物質(zhì)286引入水解工藝230中。為了改善該圖的易讀性，沒有顯示完全連接的線。而是僅顯示來自物理加工器285的輸出和進(jìn)入油回收220和水解230的輸入。
[0068]在將物理改性的生物質(zhì)引入油回收工藝220的選項(xiàng)中，在油回收工藝220中將物理改性的生物質(zhì)286暴露于與用于從藻類提取油的相同的加工條件下。任選地，如果油回收工藝220代表間歇或半間歇式工藝，則可以在將藻類和產(chǎn)物料流206引入油回收工藝之前或之后將物理改性的生物質(zhì)286弓丨入該油回收工藝220中。在進(jìn)行油回收工藝220之后，將排出物傳送至分離器225中。將對(duì)應(yīng)于所述一種或多種所期望產(chǎn)物的至少一部分(優(yōu)選多數(shù)部分)的料流226傳送至儲(chǔ)槽228中(或直接傳送至后續(xù)工藝中)，同時(shí)將殘留料流229傳送至水解器230中。所期望產(chǎn)物可對(duì)應(yīng)于餾出物沸程分子、在任選另外的加工之后適合在燃料或燃料共混產(chǎn)物中使用的分子或任何其它所期望產(chǎn)物。如在圖1中的，其它殘留產(chǎn)物可以在沒有示出的其 它料流中離開油回收工藝220。
[0069]如果將物理改性的生物質(zhì)286引入油回收工藝220中，則所期望產(chǎn)物料流226將包含基于藻類和產(chǎn)物料流206和物理改性的生物質(zhì)286兩者的產(chǎn)物分子。將物理改性的生物質(zhì)286引入油回收工藝220因此將導(dǎo)致回收油的總量增加。類似地,殘留料流229將包含對(duì)應(yīng)于殘留藻類材料和殘留非藻類生物質(zhì)材料兩者的殘留生物質(zhì)。這意味著更多的殘留生物質(zhì)可用于水解230和后續(xù)發(fā)酵240以形成CO2和含氧物質(zhì)。這還產(chǎn)生更多的不溶性副產(chǎn)物238和248以用于產(chǎn)生再循環(huán)到藻類生長(zhǎng)池210中的營(yíng)養(yǎng)素。在將物理改性的生物質(zhì)286直接引入水解工藝230中的第二選項(xiàng)中，另外的生物質(zhì)將被引入水解工藝230中，而沒有直接加到在所期望產(chǎn)物料流226中的材料中。
[0070]在圖2所示的系統(tǒng)中，將殘留料流229轉(zhuǎn)化成可用作在該系統(tǒng)中其它位置處的輸入的一種或多種料流。為了開始該轉(zhuǎn)化，將殘留料流229傳送至水解工藝230或另外類型的發(fā)酵預(yù)處理中。水解工藝230可以代表化學(xué)水解工藝、酶促水解工藝或其組合。優(yōu)選地，水解工藝230可以包括使用由在該系統(tǒng)中另外的工藝提供的醇或有機(jī)酸257。水解工藝230產(chǎn)生水解多糖的水溶性產(chǎn)物和適合發(fā)酵的其它水解的可溶性化合物。水解工藝230還產(chǎn)生不溶性副產(chǎn)物。水解工藝230的輸出僅是代表性的，且可能產(chǎn)生另外的水溶性產(chǎn)物和/或不溶性副產(chǎn)物料流。
[0071]然后將來自水解工藝230的水解產(chǎn)物234 (或來自另外的發(fā)酵預(yù)處理的產(chǎn)物)傳送至分離器235中。分離器235將該水解產(chǎn)物分離成水溶性產(chǎn)物236和不溶性副產(chǎn)物238。在進(jìn)一步加工之前，可以任選儲(chǔ)存237該不溶性副產(chǎn)物。應(yīng)注意到，水性水解產(chǎn)物236還可以包括不可發(fā)酵的材料。類似地，一部分可發(fā)酵材料可能保留在不溶性副產(chǎn)物238中。
[0072]然后將水溶性產(chǎn)物236傳送至發(fā)酵罐240中以將水解的可溶性化合物(例如,糖類物)轉(zhuǎn)化成含氧物質(zhì)例如醇或有機(jī)酸。該發(fā)酵以任何方便的方式進(jìn)行實(shí)施，例如通過使用酵母菌或另外的發(fā)酵劑例如細(xì)菌、藍(lán)藻細(xì)菌或其它微生物進(jìn)行實(shí)施。這些發(fā)酵劑可以為天然存在的、傳統(tǒng)改性或轉(zhuǎn)基因的以基于效率或產(chǎn)物物種形成的增益而改善發(fā)酵工藝。所述水解的可溶性化合物的發(fā)酵導(dǎo)致產(chǎn)生含氧物質(zhì)、CO2和潛在地一些不溶性副產(chǎn)物。將這些發(fā)酵產(chǎn)物傳送至分離器245中。將至少一部分CO2捕集在CO2儲(chǔ)槽249中，可以將其用于產(chǎn)生CO2料流244以便在另外藻類的生長(zhǎng)中使用。將至少一部分不溶性副產(chǎn)物248捕集在槽247中以用于另外的加工。副產(chǎn)物248也可以潛在地被加到由總體集成工藝生成的動(dòng)物或魚類飼料中。此外，應(yīng)注意到，分離方面的實(shí)際限制可能導(dǎo)致含氧物質(zhì)保留在不溶性副產(chǎn)物248 中。
[0073]然后將來自發(fā)酵240的含氧物質(zhì)產(chǎn)物蒸鎦250以增加在水性環(huán)境中含氧物質(zhì)的濃度?？梢詫⑺脻饪s的含氧物質(zhì)料流儲(chǔ)存254以在以后使用?？蛇x地，可以將濃縮的含氧物質(zhì)料流另外加工以在儲(chǔ)存之前將在發(fā)酵期間形成的含氧物質(zhì)轉(zhuǎn)化成其它產(chǎn)物。然后在任選的另外加工之后，可以將濃縮的含氧物質(zhì)料流用作在該系統(tǒng)中的其它工藝的輸入。例如，可以將一部分含氧物質(zhì)用作用于油回收220的輸入料流256。另外或可選地，可以將一部分含氧物質(zhì)用作用于水解230的輸入料流257。蒸餾250還產(chǎn)生另外的水，在進(jìn)另外使用、例如使該水作為用于藻類生長(zhǎng)池的輸入料流251再循環(huán)之前，任選可以將該另外的水儲(chǔ)存252。任選地，可以使用蒸餾250以分離在該水性環(huán)境中存在的其它水溶性產(chǎn)物例如蛋白質(zhì)、氨基酸或其它不可發(fā)酵的材料。這些材料可以從所述水相中分離以便用作營(yíng)養(yǎng)素或用于其它目的。 [0074]除了產(chǎn)生在系統(tǒng)200中使用的含氧物質(zhì)和使水再循環(huán)之外，也可以加工在系統(tǒng)200中產(chǎn)生的不溶性副產(chǎn)物以允許營(yíng)養(yǎng)素再循環(huán)。不溶性副產(chǎn)物238和248可以以多種方式進(jìn)行加工以回收營(yíng)養(yǎng)素。一種選項(xiàng)是使用酸洗260以從至少一部分副產(chǎn)物中提取營(yíng)養(yǎng)素例如氮、磷和金屬。這產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)素料流262，在將營(yíng)養(yǎng)素料流262傳送到藻類生長(zhǎng)池之前，任選可以將其儲(chǔ)存264。另一選項(xiàng)是使用厭氧消化池270以加工至少一部分不溶性副產(chǎn)物。這可以產(chǎn)生可包含甲烷和/或氫氣的氣相產(chǎn)物276?？梢匀芜x儲(chǔ)存277氣相產(chǎn)物276以便將來用作燃料，例如產(chǎn)生用于系統(tǒng)200的熱的燃料。任選還可以產(chǎn)生包含CO2的第二氣相產(chǎn)物278?？梢允购珻O2的產(chǎn)物278再循環(huán)到藻類生長(zhǎng)系統(tǒng)，儲(chǔ)存以便將來使用，或以任何其它方便的方式進(jìn)一步加工?？梢詫庀喈a(chǎn)物276和含CO2的產(chǎn)物278從剩余營(yíng)養(yǎng)素料流272中分離275。在圖2中，為了便于描述本發(fā)明，氣相產(chǎn)物276和含CO2的產(chǎn)物278顯示為從分離器275出來的單獨(dú)料流。氣相產(chǎn)物276和含CO2的產(chǎn)物278可以從分離器275中作為單一料流出來，然后將其進(jìn)一步加工以形成單獨(dú)的料流276和278。在傳送到藻類生長(zhǎng)池之前，任選儲(chǔ)存274營(yíng)養(yǎng)素料流272。
[0075]包括殘留固體氣化的集成加工
[0076]增加由藻類或其它生物源產(chǎn)生的產(chǎn)物的可再生特性的一種方法，是更加完全地捕集和使用在生物質(zhì)樣品中存在的所有材料。從藻源生物質(zhì)中提取餾出物沸程產(chǎn)物、燃料或燃料共混產(chǎn)物或另外類型的所期望產(chǎn)物，通常產(chǎn)生多種輸出料流。至少一種料流將對(duì)應(yīng)于來自藻類的一種或多種所期望產(chǎn)物。所期望產(chǎn)物可以直接使用或在進(jìn)一步另外加工之后使用。至少一種其它料流將對(duì)應(yīng)于不適合用作燃料產(chǎn)物或轉(zhuǎn)化成燃料產(chǎn)物的殘留生物質(zhì)，例如藻類外殼、殘留蛋白質(zhì)、碳水化合物及其它材料。該殘留生物質(zhì)的性質(zhì)將取決于生物質(zhì)的原始來源和用于提取所期望產(chǎn)物的提取技術(shù)的類型而變化。增加捕集殘留生物質(zhì)和使殘留生物質(zhì)再循環(huán)到其它生物工藝的能力，可以降低由藻類或其它生物質(zhì)產(chǎn)生產(chǎn)物所需要的外部輸入的量。
[0077]在油回收之后，可以使用氣化工藝以促進(jìn)殘留生物質(zhì)的再循環(huán)。更一般地，可以使用氣化以將任何類型的生物質(zhì)或殘留生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成小分子產(chǎn)物和氣化殘留物。所述小分子產(chǎn)物通常適合多種目的，而所述氣化殘留物可以在另外的加工之后作為藻類營(yíng)養(yǎng)物再循環(huán)。氣化可以加工多種共進(jìn)料，例如來自生物源和化石燃料來源兩者的進(jìn)料。這可以通過改善或優(yōu)化所得氣化產(chǎn)物的碳?xì)浔?、所得產(chǎn)物的燃料熱值、合成氣產(chǎn)物組成和/或其它氣化工藝參數(shù)來改善氣化工藝。另外，用于氣化器的燃料的任何非生物源可以通過使氣化器產(chǎn)物再循環(huán)到藻類生長(zhǎng)工藝而產(chǎn)生較低的溫室氣體排放。
[0078]在氣化工藝中，將殘留生物質(zhì)(和/或其它生物質(zhì))暴露于一系列加工環(huán)境，以將殘留生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成小分子產(chǎn)物和氣化殘留物。通過首先將殘留生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成合成氣，然后使用后續(xù)加工以由合成氣形成產(chǎn)物，來形成所述小分子產(chǎn)物中的一些?？梢允褂萌魏畏奖泐愋偷臍饣绦颉Ｔ跉饣绦虻囊粋€(gè)實(shí)例中，將生物質(zhì)加熱到約100°c以驅(qū)除在該生物質(zhì)樣品中的過量水。由該初始工藝產(chǎn)生的蒸汽稍后可以用作水煤氣變換反應(yīng)的一部分。接著，使在該反應(yīng)環(huán)境中的溫度在大氣壓下在極少量氧氣或沒有氧氣的情況下升高到約200°c至約300°C。這驅(qū)除揮發(fā)性有機(jī)分子，同時(shí)將含碳化合物轉(zhuǎn)化成煤焦(carbon char)。該煤焦的產(chǎn)生還可以產(chǎn)生一些低分子量烴，例如甲烷。該煤焦然后在大氣壓下在具有小于化學(xué)計(jì)量之量的氧氣的情況下燃燒。燃燒溫度可以最高達(dá)約1200°C (2200 T )或更高。這將該煤焦轉(zhuǎn)化成CO和C02。任選地，如果在反應(yīng)環(huán)境中存在蒸汽，則該碳可以與該蒸汽直接反應(yīng)以形成仏和⑶。在燃燒期間產(chǎn)生的CO也可以經(jīng)歷水煤氣變換反應(yīng)以形成H2和另外的C02。在另一實(shí)例中，可以使用單級(jí)氣流床(entrained flow)反應(yīng)系統(tǒng)在最高達(dá)約200(TC (3600 0F )或更高的溫度下實(shí)施氣化。還可以采用包括焙燒和水熱處理的多種燃料預(yù)處理方法。處理的選擇通常將取決于所采用的氣化技術(shù)和氣化器的任何共進(jìn)料的存在與否。可以將生物質(zhì)作為細(xì)分離固體(finely divided solid)、預(yù)加工液體、部分揮發(fā)性材料或這些的任何組合來進(jìn)料。
[0079]在該生物質(zhì)中另外的雜原子在氣化期間也轉(zhuǎn)化成其它形式。例如，在該生物質(zhì)中存在的氮在氣化期間通常將轉(zhuǎn)化成NH3和/或N2。在生物質(zhì)中的其它常見營(yíng)養(yǎng)素例如磷和痕量金屬，并不形成在環(huán)境溫度下作為氣相的穩(wěn)定產(chǎn)物。而是，在生物質(zhì)中存在的磷和痕量金屬通常合并到固態(tài)渣料或氣化殘留物中。
[0080]來自氣化的各種產(chǎn)物可以分成幾個(gè)產(chǎn)物組。在氣化期間產(chǎn)生的NH3和CO2可以使用常規(guī)方法從剩余氣相產(chǎn)物中分離。該NH3和CO2適合用作用于另外藻類生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)素?？蛇x地，可以將該NH3合并到肥料中以用于其它類型生物質(zhì)的生長(zhǎng)。如果在氣化期間產(chǎn)生N2且將其與其它氣相產(chǎn)物分離，則該N2可以使用氨合成設(shè)備轉(zhuǎn)化成另外的NH3。氨合成設(shè)備促進(jìn)經(jīng)由反應(yīng)3H2+N2 — 2NH3產(chǎn)生氨。
[0081]也可以以多種方式使用在氣化期間產(chǎn)生的H2和CO。一種選項(xiàng)是使用該H2和CO的一部分作為燃料氣。在氣化環(huán)境中產(chǎn)生的任何揮發(fā)性碳化合物例如CH4也可以用作該燃料氣的一部分。
[0082]另一選項(xiàng)是將該CO和H2 (有時(shí)稱為合成氣)的一部分轉(zhuǎn)化成一種或多種類型的有機(jī)分子。例如，可以將CO和H2用作用于甲醇生產(chǎn)的輸入料流?？梢允褂萌魏畏奖愕姆椒▽O和H2轉(zhuǎn)化/合成為甲醇。使用CO和H2以生產(chǎn)甲醇提供進(jìn)一步工藝集成的另一機(jī)會(huì)。可以將甲醇用作促進(jìn)生物質(zhì)的水熱加工以提取油的試劑?？蛇x地，可以將甲醇用作由生物質(zhì)源產(chǎn)物形成脂肪酸甲酯(FAME)的工藝的一部分。一些常規(guī)煉油工藝已經(jīng)適合使用FAME作為用于柴油燃料生產(chǎn)的進(jìn)料的一部分。使用甲醇以將餾出物沸程化合物轉(zhuǎn)化成FAME，提供了一種產(chǎn)生可以直接用現(xiàn)有技術(shù)使用的產(chǎn)物的方法。
[0083]又另一選項(xiàng)是使用CO和H2作為用于乙醇直接發(fā)酵的進(jìn)料。多種微生物可以將CO和H2直接轉(zhuǎn)化成乙醇。然后可以將該乙醇用作燃料、在藻類油提取中的溶劑或在藻類水熱加工中的溶劑或形成其它產(chǎn)物的反應(yīng)物。
[0084]再另一選項(xiàng)是使用該CO和H2的一部分作為費(fèi)-托合成反應(yīng)的進(jìn)料。該費(fèi)-托反應(yīng)是在催化劑存在下將CO和H2轉(zhuǎn)化成烷烴的常規(guī)已知的工藝。費(fèi)-托產(chǎn)物的常規(guī)用途包括，產(chǎn)生適合在燃料中使用的分子，和產(chǎn)生用于產(chǎn)生聚合物或其它較大化合物的結(jié)構(gòu)單元分子。通過費(fèi)-托法產(chǎn)生的產(chǎn)物取決于催化劑的類型和所選擇的其它反應(yīng)條件。可以使用任何方便類型的費(fèi)-托法，包括基于鐵(“高溫費(fèi)-托”)催化劑或鈷(“低溫費(fèi)-托”)催化劑的那些方法。費(fèi)-托工藝通常將生成在本質(zhì)上主要為鏈烷烴的產(chǎn)物。該產(chǎn)物適合直接使用或作為共混給料用作蠟、餾出物或石腦油，或者可以經(jīng)由加氫處理步驟例如加氫異構(gòu)化或加氫裂化成為這些產(chǎn)物之一。費(fèi)-托工藝通常還將產(chǎn)生適合作為用于加熱或產(chǎn)生電力的燃料的輕氣體的一種或多種殘留料流，以及適合用作藻類生長(zhǎng)的進(jìn)料的殘留C02。另外地，該費(fèi)-托工藝是放熱的且可以提供能量(例如經(jīng)由換熱)到此處提到的任何單獨(dú)的工藝步驟中，例如在氣化 之前對(duì)生物質(zhì)的加熱、干燥或預(yù)處理。
[0085]通過使用氣化和費(fèi)-托反應(yīng)器的組合，可以將殘留生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成多種潛在產(chǎn)物。這些潛在產(chǎn)物可以是直接產(chǎn)物，或用于進(jìn)一步加工的產(chǎn)物例如聚合物結(jié)構(gòu)單元。除了主要的烷烴產(chǎn)物之外，費(fèi)-托反應(yīng)將產(chǎn)生多種烯烴、醇及其它含氧物質(zhì)。這些另外副產(chǎn)物的量和類型將取決于催化劑和反應(yīng)條件而變化?？梢詫碜再M(fèi)-托加工的醇及其它含氧物質(zhì)回收，以先前所述方式中的任何方式用作含氧物質(zhì)，包括用作生物質(zhì)水熱加工的試劑。
[0086]圖3顯示包括用于從藻類來源集成回收一種或多種所期望產(chǎn)物的多種選項(xiàng)的系統(tǒng)。例如在圖3中示出的系統(tǒng)使用來自產(chǎn)物提取的殘留生物質(zhì)作為氣化的進(jìn)料。可以將來自氣化的輸出集成以便以多種方式進(jìn)一步使用。
[0087]在圖3中，一個(gè)或多個(gè)藻類生長(zhǎng)池310允許藻類生長(zhǎng)且形成所期望產(chǎn)物。生長(zhǎng)池310接收多種輸入。圖3顯示由該系統(tǒng)用于加工藻類的其它部分產(chǎn)生的輸入。這些輸入包括水料流301、營(yíng)養(yǎng)素料流362和含有CO2和/或NH3的料流374。取決于藻類生長(zhǎng)及產(chǎn)物回收系統(tǒng)的構(gòu)造，所有這些料流都是任選的。如果需要，則該藻類生長(zhǎng)池可以任選供應(yīng)有來自外部來源的另外的水、營(yíng)養(yǎng)素和/或CO2。外部來源的實(shí)例包括在生物燃料生產(chǎn)中未直接涉及的作物殘留物或未在動(dòng)物飼料生產(chǎn)中使用的殘留生物質(zhì)。
[0088]當(dāng)期望在產(chǎn)物提取用池中加工藻類時(shí)，將該藻類首先例如通過使用離心機(jī)305脫水。離心機(jī)305產(chǎn)生具有降低的水含量的藻類料流和產(chǎn)物料流306，和側(cè)水料流307。側(cè)水料流307可以儲(chǔ)存在儲(chǔ)水槽308中，直至生長(zhǎng)池310準(zhǔn)備接收另外的水作為水料流301?？蛇x地，側(cè)水料流307可以直接返回到生長(zhǎng)池例如生長(zhǎng)池310中。應(yīng)注意，藻類和產(chǎn)物料流306可能僅含有所述藻類和產(chǎn)物進(jìn)入離心機(jī)305的部分，因?yàn)橐恍┰孱惡彤a(chǎn)物可能與側(cè)水料流307 —起返回生長(zhǎng)池310中。
[0089]具有降低的水含量的藻類和產(chǎn)物料流306然后暴露于加工條件下以提取在油回收工藝320中的一種或多種所期望產(chǎn)物。所期望產(chǎn)物可對(duì)應(yīng)于餾出物沸程分子、適合在任選另外的加工之后在燃料或燃料共混產(chǎn)物中使用的分子或其它類型的產(chǎn)物分子。
[0090]在一些情況下，將另外的生物質(zhì)380引入油回收工藝320中以提取油。合適的油回收工藝320的實(shí)例包括水熱加工和醇提取。通常，在將生物質(zhì)引入油回收工藝320(或水解工藝330)之前，可以使用初始工藝以改性來自生物質(zhì)來源380的生物質(zhì)?？梢允褂梦锢砑庸て?85以將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化到更易于在后續(xù)加工中使用的粒度。例如，可以使植物生物質(zhì)(例如，纖維素或木質(zhì)纖維素生物質(zhì))穿過研磨機(jī)、切碎機(jī)、螺旋壓榨機(jī)或其它物理加工器385以降低和/或改進(jìn)生物質(zhì)的粒度。這樣的物理工藝也可以幫助從殘留材料中分離油。在圖3中，任選可以將非藻類生物質(zhì)加到油回收工藝320 (經(jīng)由物理改性的生物質(zhì)料流384)中或加到氣化工藝371 (經(jīng)由物理改性的生物質(zhì)料流386)中。如果油回收工藝320對(duì)應(yīng)于干式工藝，則也可以干燥(未示出)物理改性的生物質(zhì)384以除去過量的水。如果對(duì)于油回收使用水熱加工或醇提取，則這樣的干燥步驟是任選的且可能不需要。也可以任選將物理改性的生物質(zhì)384制粒。應(yīng)注意，在圖3中，為了方便觀察該圖，沒有以連續(xù)線顯示料流384。
[0091]任選地，在油回收工藝320中使用的醇和/或有機(jī)酸作為由在該系統(tǒng)內(nèi)稍后的工藝?yán)缂状己铣?90產(chǎn)生的輸入料流進(jìn)行提供?？蛇x地，在油回收工藝320中使用的醇和/或有機(jī)酸可以由另外的生物質(zhì)加工系統(tǒng)，例如將玉米或甘蔗轉(zhuǎn)化成含氧物質(zhì)的系統(tǒng)提供。可以將在該玉米或甘蔗發(fā)酵之后的殘留生物質(zhì)用作用于氣化的生物質(zhì)輸入380。
[0092]在油回收工藝320之后，將排出物324傳送至分離器325中。分離出排出物324的一部分以形成料流326。料流326包含一種或多種所期望產(chǎn)物的至少一部分(優(yōu)選至少大部分)。在圖3中，將料流326傳送至收集儲(chǔ)槽328中以進(jìn)一步加工。進(jìn)一步加工的實(shí)例包括對(duì)產(chǎn)物的進(jìn)一步精制、純化或其它改性。圖3顯示以FAME合成工藝391的形式進(jìn)一步加工餾出物沸程產(chǎn)物料流326的實(shí)例。在圖3中所示的系統(tǒng)中，在料流326中的至少一些餾出物沸程產(chǎn)物對(duì)應(yīng)于甘油三酯和/或?qū)?yīng)于可以轉(zhuǎn)化成甘油三酯的分子。在料流326中的產(chǎn)物可以與甘油三酯的其它來源398組合作為FAME合成工藝391的進(jìn)料。所述甘油三酯與甲醇396組合以形成FAME產(chǎn)物，將該FAME產(chǎn)物儲(chǔ)存394以在將來使用或加工。
[0093]排出物324的剩余部分作為殘留料流329離開分離器325。該殘留料流可以包含多種材料，包括藻類外殼及在回收所期望產(chǎn)物之后剩余的其它過量固體。殘留料流329由于實(shí)施該分離的實(shí)際限制還可包含一部分餾出物沸程產(chǎn)物。應(yīng)注意，殘留料流329可以僅對(duì)應(yīng)于所述殘留產(chǎn)物來自油回收工藝320的一部分。其它殘留產(chǎn)物可在沒有示出的其它料流中離開油回收工藝320。
[0094]殘留料流329可以轉(zhuǎn)化成可在該系統(tǒng)中的其它位置用作輸入的一種或多種料流。為了開始該轉(zhuǎn)化，將殘留料流329傳送至氣化器371中。另外的生物質(zhì)380也可以經(jīng)料流386引入該氣化器中。該另外的生物質(zhì)可以為未加工的生物質(zhì)，或者可以將該另外的生物質(zhì)預(yù)先加工以便于產(chǎn)物提取。另外的生物質(zhì)380的實(shí)例包括啤酒糟或已經(jīng)通過發(fā)酵進(jìn)行處理以產(chǎn)生含氧物質(zhì)的其它生物質(zhì)，或者其它殘留生物質(zhì)，例如來自油回收工藝的殘留生物質(zhì)。任選地，在將生物質(zhì)料流386引入氣化器之前，將該另外的生物質(zhì)粉碎385?？梢允褂萌魏畏奖泐愋偷臍饣?，例如固定床氣化器、流化床氣化器或氣流床氣化器。氣化器371產(chǎn)生傳送至氣相分離器375的氣相產(chǎn)物。氣化器371也產(chǎn)生固態(tài)副產(chǎn)物，將該固態(tài)副產(chǎn)物傳送至固態(tài)副產(chǎn)物儲(chǔ)罐376中。對(duì)于氣化器371顯示的輸出僅為代表性的，且也可以產(chǎn)生其它氣相或固態(tài)副產(chǎn)物料流。
[0095]在圖3中所示的系統(tǒng)中，氣相分離器375將來自該氣化器的氣相產(chǎn)物分離成至少兩種料流。第一料流可以包含CO2和NH3中的一種或多種。通過任何方便的方法，例如對(duì)于NH3使用水洗和/或?qū)τ贑O2使用胺洗,而將該CO2和NH3分離出。在圖3中所示的系統(tǒng)中，將該CO2和/或NH3儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐379中以進(jìn)一步使用，例如用作用于藻類生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)素374。弟二料流可以包含H2和CO中的一種或多種。在圖3中所不的系統(tǒng)中，將該H2和CO儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐377中以進(jìn)一步使用。圖3顯示H2和CO進(jìn)料料流373作為甲醇合成390用輸入的用途。任選儲(chǔ)存392由甲醇合成390產(chǎn)生的甲醇以進(jìn)一步使用。例如，可以將儲(chǔ)存的甲醇用作用于FAME合成391的輸入396。應(yīng)注意，可以任選使用水煤氣變換工藝以改進(jìn)在來自氣化器371的輸出料流中C0、C02和H2的比率。另外，在氣相分離器375中的分離可能不完全，從而部分H2和CO被包含在含有CO2和NH3的料流中，反之亦然。
[0096]作為在圖3中所示構(gòu)造的可選構(gòu)造，可以對(duì)來自氣化器371的氣相輸出實(shí)施不同類型的分離。例如，可以純化該氣相輸出以從該氣相輸出中除去例如順3。然后，可以對(duì)于該料流的H2和CO含量，使用剩余氣相料流。在該選項(xiàng)中，在來自該氣化器的氣相輸出中存在的CO2在合成氣料流中充當(dāng)稀釋劑。合成氣的許多用途例如甲醇合成、費(fèi)-托合成或用作燃料氣可以容許在合成氣輸入料流中存在一些過量的C02。應(yīng)注意，從該氣相輸出中除去的NH3可以任選作為用于藻類生長(zhǎng)和/或用于其它生物質(zhì)生長(zhǎng)的肥料的生產(chǎn)的營(yíng)養(yǎng)素而再循環(huán)。
[0097]然后將來自氣化器371的任選儲(chǔ)存的固態(tài)副產(chǎn)物376傳送至酸洗360。酸洗360幫助來自氣化器371的固態(tài)副產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成適合作為藻類生長(zhǎng)用營(yíng)養(yǎng)素使用的形式。將來自酸洗360的排出物傳送至分離器365中。將來自酸洗360的排出物的水溶性部分分離出來，且任選地在作為營(yíng)養(yǎng)素進(jìn)料362使用之前儲(chǔ)存364。營(yíng)養(yǎng)素進(jìn)料362通常將包含在生物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的磷和痕量金屬。還分離出了不溶性副產(chǎn)物366。
[0098]藻類加工和非藻類生物質(zhì)加工的相互集成
[0099]適合本發(fā)明各方面使用的又另一類型的工藝集成將允許能量和/或產(chǎn)物在藻類加工系統(tǒng)和非藻類生物質(zhì)加工系統(tǒng)之間雙向轉(zhuǎn)移。例如，可以將玉米用作用于生產(chǎn)乙醇或另外的含氧物質(zhì)的原料。不是使用乙醇作為燃料，而是該乙醇可以用作用于從藻類中提取一種或多種所期望產(chǎn)物的試劑。這提供由非藻類生物質(zhì)來源(來自玉米的含氧物質(zhì))產(chǎn)生試劑以用于自藻類產(chǎn)生所期望產(chǎn)物的實(shí)例?？梢酝ㄟ^使用來自藻類加工的產(chǎn)物作為由玉米制造含氧物質(zhì)的試劑或能源， 來實(shí)現(xiàn)另外的工藝集成。例如，在由基于植物的材料制造含氧物質(zhì)中涉及的發(fā)酵和蒸餾工藝需要高于周圍環(huán)境的溫度。來自藻類加工的產(chǎn)物可以充當(dāng)用于產(chǎn)生用于發(fā)酵和/或蒸餾工藝的熱的燃料的至少一部分。一種選擇是使用餾出物沸程產(chǎn)物或?qū)?yīng)的成品燃料產(chǎn)物作為用于乙醇加工的燃料。潛在的更具吸引力的選項(xiàng)是提供甲烷或氫氣料流作為燃料。在藻類加工期間殘留生物質(zhì)的厭氧消化通常產(chǎn)生甲烷和/或氫氣作為消化產(chǎn)物。該甲烷和/或氫氣產(chǎn)物可以轉(zhuǎn)移到玉米加工設(shè)備以用作燃料。然后將由非藻類生物質(zhì)來源生成的至少一種化合物用作用于由藻類生成所期望產(chǎn)物的試劑。另外地，來自該藻類加工系統(tǒng)的至少一種產(chǎn)物或能量輸出被用作用于將非藻類生物質(zhì)加工成燃料或化學(xué)產(chǎn)物的輸入。在上述實(shí)例中，可以將來源于玉米的乙醇的一部分用作燃料，而將第二部分提供到該藻類加工系統(tǒng)。可以將多個(gè)藻類和/或非藻類加工系統(tǒng)共位，以使得傳送試劑到藻類加工系統(tǒng)的非藻類生物質(zhì)加工系統(tǒng)與從藻類加工系統(tǒng)接收產(chǎn)物或能量輸入的非藻類生物質(zhì)加工系統(tǒng)不同。可以將一部分低階的熱轉(zhuǎn)移回藻類池中以維持生長(zhǎng)用最適宜溫度。通常，低階的熱源將具有低于300°C、更通常低于200°C、更通常低于100°C的溫度。在其中平均溫度比最適宜生長(zhǎng)溫度冷的氣候中，低階熱的轉(zhuǎn)移特別有利。
[0100]在圖3中所示的系統(tǒng)顯示如下的系統(tǒng)，其用于從藻源生物質(zhì)提取產(chǎn)物，然后氣化藻源生物質(zhì)殘留物以產(chǎn)生適合進(jìn)一步使用或再循環(huán)的另外的材料。可以將非藻類生物質(zhì)在多個(gè)位點(diǎn)處加到在圖3中的系統(tǒng)，但與外部生物質(zhì)來源和/或工藝的所述集成是任選的。在圖3中所示的實(shí)例中，從藻類進(jìn)料提取的至少一部分所期望產(chǎn)物(例如，燃料或燃料共混產(chǎn)物)對(duì)應(yīng)于適合在制造FAME中使用的分子。然而，一些類型的藻類將制造不易于轉(zhuǎn)化成FAME或另外類型的脂肪酸甲酯的產(chǎn)物分子。另外或可選地，可能需要使用來自藻類進(jìn)料的提取產(chǎn)物用于另外的目的，同時(shí)制造基于不同生物質(zhì)來源的FAME。
[0101]圖4顯示包括具有多種類型生物質(zhì)加工的更大程度集成的藻類加工系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例。圖4的多種類型的生物質(zhì)可以為多于一種類型的藻類來源，或該多種類型的生物質(zhì)可以包括至少一種藻源生物質(zhì)來源和至少一種非藻類生物質(zhì)來源。在圖4中，使用藻類池410或其它藻類生長(zhǎng)來源以提供藻源生物質(zhì)的進(jìn)料。將該藻類進(jìn)料至少部分地脫水405。可以使過量的水407再循環(huán)到收集槽408中以最后使用，從而補(bǔ)充藻類生長(zhǎng)池(或其它生長(zhǎng)環(huán)境)480。然后從脫水的藻類進(jìn)料406中提取420 —種或多種所期望產(chǎn)物。將所述一種或多種所期望產(chǎn)物的至 少一部分從油回收排出物424中分離出來425以形成所期望產(chǎn)物料流426。在進(jìn)一步使用之前，任選可以儲(chǔ)存428這種所期望產(chǎn)物的料流426。在圖4中所示的系統(tǒng)中，產(chǎn)物料流426并不作為在圖4中所示系統(tǒng)的一部分用以制造FAME。這可能出于多種原因中的任一個(gè)。產(chǎn)物料流426可能具有低含量的適合最后轉(zhuǎn)化成FAME的甘油三酯和/或其它分子。另一可能在于，產(chǎn)物料流426可具有作為生產(chǎn)另一類型產(chǎn)物的進(jìn)料的更高價(jià)值。又另一選項(xiàng)在于產(chǎn)物料流426將用于產(chǎn)生脂肪酸烷基酯，但更方便的是在另一加工設(shè)備或同一加工設(shè)備的不同區(qū)域使用產(chǎn)物料流426。
[0102]將在從藻源生物質(zhì)提取420產(chǎn)物之后剩余的殘留物料流429用作用于氣化器471的進(jìn)料。在圖4中，氣化器471還經(jīng)由進(jìn)料482接收用于氣化的生物質(zhì)。氣化器471可以產(chǎn)生多種輸出料流。一部分輸出對(duì)應(yīng)于氣相輸出?？梢詫⒃摎庀噍敵龇蛛x475成至少兩種料流。一種輸出可以包含NH3和/或CO2，在進(jìn)一步使用之前任選將它們儲(chǔ)存479。該冊(cè)13和/或CO2然后可用作用于藻類來源410的藻類營(yíng)養(yǎng)物474、用于另外生物質(zhì)生長(zhǎng)工藝(未示出)的肥料或用于另外的方便的目的。在作為營(yíng)養(yǎng)素或肥料使用之前，營(yíng)養(yǎng)素料流474可以經(jīng)歷另外的加工。另一輸出可以包含H2和CO(合成氣)，在用作用于甲醇合成490的輸入473之前，任選將它們儲(chǔ)存477。任選地，水煤氣變換反應(yīng)可以改進(jìn)在由氣化器471產(chǎn)生的輸出料流474和473中的H2、CO和CO2的比率。[0103]作為在圖4中所示構(gòu)造的可選構(gòu)造，可以對(duì)來自氣化器471的氣相輸出進(jìn)行不同類型的分離。例如，可以純化該氣相輸出以從該氣相輸出中除去例如nh3。然后可以將剩余氣相料流對(duì)于該料流的H2和CO含量使用。在該選項(xiàng)中，在來自該氣化器的氣相輸出中存在的CO2在合成氣料流中充當(dāng)稀釋劑。合成氣的許多用途例如甲醇合成、費(fèi)-托合成或用作燃料氣可以容許在合成氣輸入料流中存在一些過量的CO2。
[0104]來自氣化器471的另一輸出料流為固態(tài)副產(chǎn)物輸出料流，任選將其儲(chǔ)存476。酸洗460是可以如何進(jìn)一步加工固態(tài)副產(chǎn)物輸出以將至少一部分固態(tài)副產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成適合促進(jìn)藻類生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)素的一個(gè)實(shí)例。酸洗460幫助來自氣化器471的固態(tài)副產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成適合作為用于藻類生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)素使用的形式。將來自酸洗460的排出物傳送至分離器465中。將來自酸洗460的排出物的水溶性部分分離出來，且任選地在作為營(yíng)養(yǎng)素進(jìn)料462使用之前儲(chǔ)存464。營(yíng)養(yǎng)素進(jìn)料462通常將包含在生物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的磷和痕量金屬。還分離出不溶性副產(chǎn)物466。
[0105]在圖4中所示的系統(tǒng)還包括第二生物質(zhì)來源480。第二生物質(zhì)來源480可以為藻類或非藻類生物質(zhì)來源。在圖4中，在生物質(zhì)來源480中的生物質(zhì)產(chǎn)生適合在形成脂肪酸烷基酯中使用的產(chǎn)物分子。在來源480中的生物質(zhì)可以對(duì)應(yīng)于籽或植物油生物質(zhì)來源，例如油菜籽或大豆?？蛇x地，生物質(zhì)來源480可以為如下的藻類生長(zhǎng)池，其用于生長(zhǎng)與在藻類來源410中的藻類相同或不同的藻類。生物質(zhì)來源480用于提供用于油回收工藝421的進(jìn)料。任選地，可以將來自生物質(zhì)來源480的進(jìn)料脫水(未示出)、粉碎或物理改性485，或另外前加工，以改善該進(jìn)料對(duì)于油回收工藝421的適合性。油回收工藝421可以為用于提取餾出物沸程產(chǎn)物的任何方便類型的工藝，例如水熱加工或醇提取。將來自油回收工藝421的輸出流分離423以至少形成產(chǎn)物料流和殘留生物質(zhì)料流。將殘留生物質(zhì)料流482傳送至氣化器471以進(jìn)行氣化。在進(jìn)一步加工之前，任選將產(chǎn)物料流儲(chǔ)存498。在圖4中，產(chǎn)物料流498包含適合在形成脂肪酸烷基酯中使用的分子，例如甘油三酯。至少一部分產(chǎn)物料流498與甲醇進(jìn)料492組合使 用以制造FAME491。在進(jìn)一步使用之前，任選可以將FAME產(chǎn)物儲(chǔ)存494。
[0106]在圖4中所示的構(gòu)造提供多個(gè)生物質(zhì)加工系統(tǒng)的集成的另一實(shí)例。用于加工藻類來源410的工藝流程導(dǎo)致產(chǎn)生甲醇。將該甲醇集成到用于加工第二生物質(zhì)來源480的工藝流程中。從第二生物質(zhì)來源480回收油提供了傳送到氣化器471的殘留物料流482。這增加了可用于氣化的生物質(zhì)的量，降低了維持藻類來源410所需要的另外的CO2和/或其它
營(yíng)養(yǎng)素的量。
[0107]費(fèi)-托工藝與生物質(zhì)加工的集成
[0108]通過生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的合成氣料流(H2和CO)可以用作用于除甲醇合成以外的工藝的進(jìn)料。圖5提供使用至少一部分合成氣輸出料流用于烷烴的費(fèi)-托合成的一個(gè)實(shí)例。
[0109]為了便于解釋費(fèi)-托加工的用途，在圖5中顯示的系統(tǒng)具有與圖4類似的構(gòu)造。然而，也可以使用具有殘留物料流氣化的用于從藻類生物質(zhì)提取油的任何其它方便的構(gòu)造。在圖5中，氣化器471生產(chǎn)至少一種氣相輸出料流。將該氣相輸出料流分離475以形成如上所述至少含有NH3和/或CO2的料流474，和至少含有H2和⑶的料流473。將含有H2和CO的輸出料流473用作用于費(fèi)-托合成工藝588的進(jìn)料。費(fèi)-托工藝588產(chǎn)生至少兩種輸出料流。一種輸出料流主要包含鏈烷烴587，其為費(fèi)-托反應(yīng)的預(yù)期產(chǎn)物。富鏈烷烴的料流587的使用取決于由費(fèi)-托反應(yīng)產(chǎn)生的分子量分布的類型和預(yù)期用途。該材料可以通過使用具體的餾分或在進(jìn)一步加工下轉(zhuǎn)化成多種燃料或燃料共混產(chǎn)物。另一輸出料流589含有主要含有3個(gè)或更少碳原子的含氧物質(zhì)例如醇和/或有機(jī)酸的混合物。此類含氧物質(zhì)適合例如在水熱加工或其它油回收工藝中使用。在圖5中，通過將589的任選用途顯示為在油回收工藝420和/或421中的輸入，來表示在輸出料流589中的含氧物質(zhì)的潛在用途。在油回收工藝(或另外的工藝)中使用來自料流589的含氧物質(zhì)之前，含氧物質(zhì)的濃度可以任選使用分離或蒸餾工藝而增加。如上所述，典型的費(fèi)-托工藝還將產(chǎn)生多種有用的副產(chǎn)物。因?yàn)橘M(fèi)-托工藝是放熱的，所以可以使用來自費(fèi)-托工藝588的熱來提供用于附近另外工藝的能量。費(fèi)-托工藝588通常還將制造適合用作用于產(chǎn)生能量的燃料氣的殘留輕氣體。另外，費(fèi)-托工藝588將釋放殘留CO2，可以將該殘留CO2用作用于藻類生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)素，例如通過提供該CO2至藻類來源410來實(shí)施。
[0110]藻類生長(zhǎng)和收獲
[0111]用于提供用于生產(chǎn)燃料或其它產(chǎn)物和根據(jù)本發(fā)明各方面使用的生物物質(zhì)的藻類可以以任何方便的方式生長(zhǎng)。典型的藻類生長(zhǎng)環(huán)境包括池(pond)和光生物反應(yīng)器。雖然可以使用任何尺寸的池，但是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法通常使用具有至少約0.01英畝尺寸的池，包括至少約I英畝、至少約10英畝和至少約20英畝的池。在該討論中，將提到藻類在池中生長(zhǎng)。這并不旨在將本發(fā)明限制至使用單一池用于藻類生長(zhǎng)和收獲或者旨在將本發(fā)明僅限于開放的系統(tǒng)。而是，可以使用任何方便數(shù)目的池、光生物反應(yīng)器或其它生長(zhǎng)環(huán)境。由于用于加工藻類以形成烴產(chǎn)物的各種方法的間歇或半間歇性質(zhì)，具有多個(gè)藻類生長(zhǎng)池或光生物反應(yīng)器可以提供一個(gè)優(yōu)勢(shì)。例如，可以收獲在第一池中的藻類以進(jìn)行加工來提取烴，同時(shí)在一個(gè)或多個(gè)其它池中的藻類繼續(xù)生長(zhǎng)和/或產(chǎn)油。
[0112]在本發(fā)明中可以使用任何方便的池或反應(yīng)器結(jié)構(gòu)。合適池的一個(gè)實(shí)例為跑道池(raceway pond)。跑道池由于它們相對(duì)均勻的流體動(dòng)力學(xué)而通常是優(yōu)選的。在跑道池中用于軌道(track)的中間間隔物還提供用于池蓋(pond cover)的合適載體。其它選擇包括圓形池、管狀光生物反應(yīng)器和平板光生物反應(yīng)器。
[0113]使用一個(gè)或多個(gè)藻類池以生長(zhǎng)至少一部分藻類。藻類池通常包括誘發(fā)流動(dòng)(flow)進(jìn)入池的機(jī)構(gòu)，例如槳輪。槳輪提供在該池內(nèi)的限定流動(dòng)，允許控制在該池中水的總體流速。可以通過允許蓋在不同位置接觸水面、通過在池內(nèi)包括主動(dòng)和/或被動(dòng)的流動(dòng)改進(jìn)結(jié)構(gòu)或通過其它方便的方法，對(duì)在池內(nèi)的流動(dòng)形態(tài)進(jìn)行另外的改進(jìn)。將流動(dòng)引入池中的可選方法包括單純重力流動(dòng)或通過常規(guī)方法抽吸水。在光生物反應(yīng)器或其它閉合系統(tǒng)中，常使用一些形式的抽吸機(jī)構(gòu)以將流動(dòng)引入該系統(tǒng)中。
[0114]藻類生長(zhǎng)池可以具有任何方便的寬度。在本論述中，包括中心間隔壁的跑道池的寬度被定義為從該池的邊緣到間隔物的寬度。應(yīng)注意，池結(jié)構(gòu)的寬度可以但并不優(yōu)選地沿池的長(zhǎng)度而變化。通常，池的長(zhǎng)寬比為2至50，更通常為5至15。對(duì)于具有大于I英畝的表面積的池，10至15的長(zhǎng)寬比是常見的。例如，具有15的長(zhǎng)寬比的I英畝池對(duì)應(yīng)于具有約54英尺的寬度的池。越大的長(zhǎng)寬比需要越大的抽吸力，例如較大的槳輪或多個(gè)槳輪，而越寬的池越難以混合。
[0115]該池可以具有任何方便的深度。雖然并不優(yōu)選，但該深度也可以沿該池的長(zhǎng)度和/或?qū)挾榷兓?。由于藻類的光吸收，在典型的池中，僅該池的前幾厘米將經(jīng)受池表面上入射光強(qiáng)度的至少10%的光強(qiáng)度。取決于藻類的密度和葉綠素在細(xì)胞中的濃度，在該池中經(jīng)受大于10%的入射光強(qiáng)度的水的深度可以為20cm或更小，或IOcm或更小，或5cm或更小，或2cm或更小，或Icm或更小。結(jié)果，在池中低于給定深度的藻類將經(jīng)受極少光強(qiáng)度或不經(jīng)受光強(qiáng)度。使藻類經(jīng)受極少光強(qiáng)度或不經(jīng)受光強(qiáng)度的時(shí)段是在池中自然存在的條件，且所述時(shí)段的存在與否和持續(xù)時(shí)間影響藻類的光合效率。通常，與連續(xù)光相反，當(dāng)藻類暴露于間歇光時(shí)，藻類生長(zhǎng)更快。該池的最適宜深度和混合需求取決于藻類物種和藻類捕集光強(qiáng)度的相應(yīng)效率。對(duì)于大多數(shù)物種，連續(xù)直接陽(yáng)光產(chǎn)生大于可以由藻類使用的最大量的太陽(yáng)輻射量。這產(chǎn)生主要作為吸收熱而浪費(fèi)的過度光強(qiáng)度。
[0116]為了對(duì)藻類在池中的生長(zhǎng)和/或脂質(zhì)生產(chǎn)提供改善的控制，可以有利地限制池的深度，以使得在池的較低深度(較暗)部分中的藻類可在所期望時(shí)間尺度上返回池的更靠近表面的部分。另外，在淺池中較易于維持所期望量的混合或湍流，允許藻類從較暗的區(qū)域迅速交換到較亮的區(qū)域。如上所述，將藻類暴露于間歇光強(qiáng)度而不是連續(xù)光強(qiáng)度通常將增強(qiáng)藻類的生長(zhǎng)速率。例如，基于用于誘發(fā)流動(dòng)的槳輪或其它裝置的操作，在該池中的水可以具有小時(shí)數(shù)量級(jí)的圍繞該池的平均環(huán)行(circuit)時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)藻類對(duì)光強(qiáng)度的間歇暴露，在該池的完整環(huán)行期間，通常希望藻類在具有大于約10%的入射光強(qiáng)度的區(qū)域中花費(fèi)平均約10%至約50%的池環(huán)行時(shí)間?？蛇x地，藻類經(jīng)受至少10%的入射光強(qiáng)度的平均時(shí)間量可以為該環(huán)行時(shí)間的至少約15 %、或至少約20 %、或至少約25 %，或者約50 %或更小、或約40%或更小、或約30%或更小。藻類暴露于大于約10%的入射光強(qiáng)度的優(yōu)選時(shí)間量取決于多種因素，例如藻類的類型和在藻類生長(zhǎng)和藻類油生產(chǎn)之間所期望的平衡。例如，一些藻類在暴露于光時(shí)可以具有高速光子吸收，但也可能需要較久的遠(yuǎn)離日光的時(shí)間以實(shí)現(xiàn)有效的生長(zhǎng)和/或油生產(chǎn)。所述藻類可以優(yōu)選減小暴露于大于10%的入射光強(qiáng)度的時(shí)間量。對(duì)于當(dāng)暴露于另外的光時(shí)具有極小效率下降或沒有效率下降的藻類，可以優(yōu)選在暴露于大于10%的入射光強(qiáng)度下的較 高時(shí)間量。在光生物反應(yīng)器或其中光由人造來源提供的其它系統(tǒng)中，對(duì)所期望量的光強(qiáng)度的暴露可以通過操控光源的工作循環(huán)來控制。
[0117]對(duì)于充分混合的池，控制暴露藻類的入射光量的一種方法基于在該池中的藻類密度與該池的深度的組合。在給定的藻類密度下，增加該池的深度將減小暴露藻類到至少10%的入射光中的時(shí)間量。這歸因于更大百分?jǐn)?shù)的池遠(yuǎn)離該表面，且因此更大百分?jǐn)?shù)的池體積將低于其中光衰減到小于10%的深度。光衰減的量還取決于藻類的類型和藻類的濃度。不同藻類具有不同濃度的葉綠素，且因此在相對(duì)于透射光捕集方面具有不同的效率。為了實(shí)現(xiàn)所期望的光衰減的量，可以選擇該池的深度為約IOOcm或更小或約75cm或更小。更典型的池深度將為約50cm或更小、或約35cm或更小、或約30cm或更小。另外或可選地，該池的深度可以為至少約5cm、或至少約10cm、或至少約20cm。
[0118]任選地，池可以包括部分或完整的蓋結(jié)構(gòu)。蓋結(jié)構(gòu)降低或防止在池與周圍環(huán)境之間的相互作用。蓋結(jié)構(gòu)降低或防止引入如下的外部材料，例如雨水，或來自于池位置處的微生物。蓋結(jié)構(gòu)還降低或防止蒸發(fā)水損失，且可以幫助保留CO2在生長(zhǎng)池內(nèi)以便由藻類消耗。合適的蓋結(jié)構(gòu)包括位于池中的水表面處或附近的表面蓋層以及(部分地)密封在池表面之上顯著體積的空氣的溫室型結(jié)構(gòu)。蓋結(jié)構(gòu)對(duì)光化性光可以具有不同水平的透明度。應(yīng)注意到，對(duì)于大多數(shù)池，池蓋的有利效果通?？梢栽诓恍枰采w漿輪結(jié)構(gòu)的情況下實(shí)現(xiàn)。對(duì)應(yīng)于漿輪的池表面積部分相對(duì)于總表面積小且隨著池尺寸增加而成比例地減小。類似地，在池中將難以覆蓋且對(duì)應(yīng)于該表面積的小部分的其它結(jié)構(gòu)可以保持裸露。
[0119]為了促進(jìn)藻類生長(zhǎng)和/或由藻類生產(chǎn)餾出物沸程產(chǎn)物，將多種營(yíng)養(yǎng)素引入池中。引入CO2以提供用于藻類的碳的來源。通常還引入磷和氮的來源。可以結(jié)合自然光強(qiáng)度控制CO2、磷、氮和/或其它營(yíng)養(yǎng)素或添加劑的量，以在池中誘發(fā)由藻類實(shí)現(xiàn)的所期望特性。控制這些條件允許在一些時(shí)段期間選擇有利于增加在池內(nèi)藻類的總數(shù)的條件，而其它選定的條件將有利于通過藻類生產(chǎn)儲(chǔ)藏化合物，例如淀粉、油或脂質(zhì)。
[0120]在藻類生長(zhǎng)和/或已經(jīng)生成所期望餾出物沸程產(chǎn)物之后，收獲藻類以準(zhǔn)備提取所期望產(chǎn)物。藻類的典型生長(zhǎng)條件對(duì)應(yīng)于在池中相對(duì)低重量比的藻類和水。收獲步驟允許藻類和/或所期望產(chǎn)物在進(jìn)一步加工之前與相當(dāng)大部分的水分離。在收獲或脫水期間除去的水的量取決于從藻類中回收餾出物沸程產(chǎn)物的提取工藝。
[0121]在收獲期間可以使用任何方便的方法來使藻類脫水?？梢允褂靡粋€(gè)或多個(gè)離心機(jī)以除去水。單獨(dú)地、與所述一個(gè)或多個(gè)離心機(jī)組合或者彼此組合的用于除去水的其它選項(xiàng)包括但不限于沉降、絮凝、凝結(jié)、溶解空氣浮選和升高藻類-水樣品的溫度。
[0122]在脫水之后，該藻類通常還將含有一些水。可以將該脫水的藻類用作用于產(chǎn)物提取工藝的輸入進(jìn)料。對(duì)于至少含有藻類和水的脫水的進(jìn)料，該進(jìn)料的藻類含量可以為至少約5重量％、或至少約10重量％、或至少約20重量％、至少約25重量％、或至少約30重量％。該進(jìn)料的藻類含量可以為約50重量％或更小、或約30重量％或更小、或約25重量％或更小、或約20重量％或更小。在比率方面，在該進(jìn)料中水與藻類的比率可以為至少約1: 1、或至少約2:1、或至少約3:1、或至少約4:1。水與藻類的比率可以為約25:1或更小、或約20:1或更小、或約10:1或更小。相對(duì)于水的量，所述進(jìn)料的藻類含量可以基于關(guān)于從藻類來源提取水的實(shí) 際考慮。藻類可以作為藻類與水的混合物或糊漿引入反應(yīng)器中?？蛇x地，可以將干燥形式的藻類與足夠的水一起引入反應(yīng)器中以達(dá)到所期望比率的藻類和水。
[0123]應(yīng)注意到，在藻類(或其它生物質(zhì))進(jìn)料中存在的水可以為細(xì)胞外的水或細(xì)胞內(nèi)的水。細(xì)胞內(nèi)的水是指在細(xì)胞例如藻類細(xì)胞的細(xì)胞膜內(nèi)所含的水。對(duì)于藻類進(jìn)料，基于細(xì)胞外的水表觀相對(duì)干燥的進(jìn)料仍然可以含有相當(dāng)大部分的細(xì)胞內(nèi)的水。在以下論述中，相對(duì)于藻類量提到在進(jìn)料中的水量基于不含細(xì)胞內(nèi)的水的干燥藻類。冷凍干燥的藻類為不含細(xì)胞內(nèi)的水的藻類的一個(gè)實(shí)例。對(duì)于含有細(xì)胞內(nèi)的水的藻類，計(jì)算水與藻類的比率需要測(cè)定細(xì)胞內(nèi)的水的量，因?yàn)槿魏渭?xì)胞內(nèi)的水都應(yīng)計(jì)入水的重量，而不計(jì)入藻類的重量。作為驗(yàn)證實(shí)例，藻類樣品可能不包含細(xì)胞外的水，且由于在藻類中的細(xì)胞內(nèi)的水的量而仍然具有約1:1或更大或約2:1或更大的水與藻類的比率。更一般地，下文提到藻類的重量是指不包括細(xì)胞內(nèi)的水的干燥藻類的重量。
[0124]藻類的類型
[0125]用于藻類油和根據(jù)本發(fā)明各方面使用的藻類來源可以包括但不限于單細(xì)胞或多細(xì)胞藻類。這樣的藻類的實(shí)例可以包括紅藻(rhodophyte)、綠色植物(chlorophyte)、異鞭藻(heterokontophyte)、黃絲藻(tribophyte)、灰胞藻(glaucophyte)、綠蜘藻(chlorarachniophyte)、裸藻(euglenoid)、定鞭藻(haptophyte)、隱絲藻(cryptomonad)、溝鞭藻(dinoflagellum)、浮游藻(phytoplankton)等及其組合。該藻類可以為綠藻植物門(Chlorophyceae)和/或定鞭藻門(Haptophyta)。具體物種可以包括但不限于富油新綠藻(Neochloris oIeoabundans)、二形柵藻(Scenedesmus dimorphus)、纖細(xì)裸藻(Euglena gracilis)、三角揭指藻(Phaeodactylum tricornutum)、顆石藻(Pleurochrysis carterae)、小三毛金藻(Prymnesium parvum)、扁藻(Tetraselmischui)和萊茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii) □另外或可選的藻類來源可包括一種或多種如下的微藻類:曲殼藻(Achnanthes)、苗形藻(Amphiprora)、雙眉藻(Amphora)、纖維藻(Ankistrodesmus)、星胞藻(Asteromonas)、黃金色藻(Boekelovia)、包特氏菌(Borodinella)、叢粒藻(Botryococcus)、淡水小荀球藻(Bracteococcus)、角毛藻(Chaetoceros)、四鞭藻(Carteria)、衣藻(Chlamydomonas)、綠球藻(Chlorococcum)、綠梭藻(Chlorogonium)、小球藻(Chlorella)、藍(lán)隱藻(Chroomonas)、金球藻(Chrysosphaera)、球丐板藻(Cricosphaera)、隱甲藻(Crypthecodinium)、隱藻(Cryptomonas)、小環(huán)藻(Cyclotella)、杜氏藻(Dunaliella)、后棘藻(Ellipsoidon)、球石藻(Emiliania)、獨(dú)球藻(Eremosphaera)、Ernodesmius、裸藻(Euglena)、披朿Ij 藻(Franceia)、脆桿藻(Fragilaria)、_ 絲藻(Gloeothamnion)、紅球藻(Haematococcus)、嗜鹽古菌(Halocafeteria)、膜胞藻(Hymenomonas)、等鞭金藻(Isochrysis)、鱗孔藻(Lepocinclis)、微芒藻(Micractinium)、單針藻(Monoraphidium)、微球藻(Nannochloris)、微擬球藻(Nannochloropsis)、舟形藻(Navicula)、新綠藻(Neochloris)、腎鞭藻(Nephrochloris)、腎藻(Nephroselmis)、菱形藻(Nitzschia)、赫球藻(Ochromonas)、鞘藻(Oedogonium)、卵囊藻(Oocystis)、海洋真核微藻(Ostreococcus)、巴夫藻(Pavlova)、擬小球藻((Parachlorella)、巴喧氏藻(Pascheria)、褐指藻(Phaeodactylum)、嗷菌體(Phagus)、扁藻(Platymonas)、顆石藻(Pleurochrysis)、肋球藻(Pleurococcus)、原囊藻(Prototheca)、假小球藻(Pseudochlorella)、塔胞藻(Pyramimonas)、桑堪藻(Pyrobotrys)、柵列藻(Scenedesmus)、骨條藻(Skeletonema)、螺旋藻(Spyrogyra)、裂絲藻(Stichococcus)、四月藻(Tetraselmis)、海鏈藻(Thalassiosira)、小球藻微藻(Viridiella)和團(tuán)藻(Volvox)物種，和/或一種或多種如下的藍(lán)藻細(xì)菌:阿格門氏藻(Agmenellum)、魚腥藻(Anabaena)、項(xiàng)圈藻(Anabaenopsis)、組囊藻(Anacystis)、束絲藻(Aphanizomenon)、節(jié)旋藻(Arthrospira)、星球藻(Asterocapsa)、博氏藻 (Borzia)、眉藻(Calothrix)、管胞藻(Chamaesiphon)、綠膠藻(Chlorogloeopsis)、擬色球藻(Chroococcidiopsis)、色球藻(Chroococcus)、發(fā)毛針藻(Crinalium)、藍(lán)綠藻(Cyanobacterium)、雙色藻(Cyanobium)、藍(lán)囊胞菌(Cyanocystis)、藍(lán)螺菌(Cyanospira)、藍(lán)桿藻(Cyanothece)、擬筒孢藻(Cylindrospermopsis)、筒抱藻(Cylindrospermum)、藍(lán)纖維藻(Dactylococcopsis)、皮果藻(Dermocarpella)、費(fèi)氏藻(Fischerella)、夫列藻(Fremyella)、蓋特勒氏菌(Geitleria)、吉特勒氏線狀藍(lán)細(xì)菌(Geitlerinema)、粘桿菌(Gloeobacter)、粘球藻(Gloeocapsa)、粘桿藻(Gloeothece)、鹽螺旋藻(Halospirulina)、英加藻(Iyengariella)、痩鞘絲藻(Leptolyngbya)、湖絲藻(Limnothrix)、銷絲藻(Lyngbya)、微鞘藻(Microcoleus)、微囊藻(Microcystis)、粘囊藻(Myxosarcina)、節(jié)球藻(Nodularia)、念珠藻(Nostoc)、擬念珠藻(Nostochopsis)、顫藻(Oscillatoria)、席藻(Phormidium)、浮絲藻(Planktothrix)、寬球藻(Pleurocapsa)、綠球藻(Prochlorococcus)、原綠藻(Prochloron)、原綠發(fā)藻(Prochlorothrix)、偽魚渥藻(Pseudanabaena)、膠須藻(Rivularia)、裂須藻(Schizothrix)、雙歧藻(Scytonema)、螺旋藻(Spirulina)、斯塔尼爾氏菌(Stanieria)、斯塔爾氏藍(lán)細(xì)菌(Stairia)、真枝藻(Stigonema)、束藻(Symploca)、集球藻(Synechococcus)、集胞藻(Synechocystis)、單歧藻(Tolypothrix)、束毛藻(Trichodesmium)、常絲藻(Tychonema)和異球藻(Xenococcus)物種。
[0126]主要為脂質(zhì)的藻類油通常以膜組分、儲(chǔ)藏產(chǎn)物和代謝物的形式包含在藻類中。特定藻類菌株，特別是微藻類，例如硅藻和藍(lán)藻細(xì)菌，含有按比例地高含量的脂質(zhì)。藻類油的藻類來源可以含有變化量的基于生物質(zhì)本身總重量例如為2重量％至60重量％的脂質(zhì)。
[0127]產(chǎn)物回收
[0128]在收獲藻類之后，可以使用油回收工藝從其它材料例如殘留生物質(zhì)中分離一種或多種所期望的產(chǎn)物。所期望產(chǎn)物可以對(duì)應(yīng)于餾出物沸程分子、適合在任選的進(jìn)一步加工之后作為燃料或燃料共混產(chǎn)物使用的分子或其它類型的分子?？衫枚喾N工藝以從剩余殘留物中分離一種或多種所期望產(chǎn)物。一種選項(xiàng)是使用水熱加工以使藻類細(xì)胞破裂，然后分離出所期望產(chǎn)物?？梢酝ㄟ^將一種或多種溶劑例如甲醇、乙醇或其它醇引入水熱加工環(huán)境來增強(qiáng)所述水熱加工。還可以通過將酸引入水熱加工環(huán)境來增強(qiáng)水熱加工。另一選項(xiàng)是使用醇例如乙醇以從藻類中提取所期望產(chǎn)物。
[0129]來自油回收工藝的總輸出通常將為化合物的混合物。該混合物將包含對(duì)應(yīng)于所期望產(chǎn)物的一種或多種油或脂質(zhì)。所述油或脂質(zhì)將與水和來自藻類的多種殘留固體混合?？梢赃M(jìn)行多相分離以從該水和該殘留固體中分離所需油和脂質(zhì)。任選地，在分離出所述油或脂質(zhì)之后，該油或脂質(zhì)可以經(jīng)歷另外的加工。例如，可以將醇加到所述油或脂質(zhì)中以形成脂
肪酸烷基酷。
[0130]可以在間歇、半間歇或連續(xù)加工環(huán)境中實(shí)施水熱加工。該反應(yīng)器可以為適合操縱這些加工條件的任何類型的間歇式反應(yīng)器。由于處于亞臨界或超臨界條件下的水的潛在存在，不銹鋼可以為用于反應(yīng)器壁的合適非反應(yīng)性材料?？梢允褂门c下文所述反應(yīng)條件相容的用于反應(yīng)器表面的其它材料和/或涂層。合適反應(yīng)器的實(shí)例可以包括高壓釜、攪拌槽或犁耙式混料機(jī)。可選地，還可以使用鼓泡塔。藻類進(jìn)料的間歇或半間歇型加工的一種可能的優(yōu)勢(shì)在于，在除去水之后，藻類進(jìn)料可能具有較差的流動(dòng)特性。例如，在相對(duì)于水約20重量％的藻類濃度(4重量份水與I重量份藻類)下，所得混合物可以具有糊漿的稠度。這樣的糊漿可能難以在連續(xù)流動(dòng)型反應(yīng)器中使用泵來使其移動(dòng)。
[0131]在進(jìn)料到水熱加工的藻類進(jìn)料適合直接抽吸的情況下，可以使用連續(xù)工藝，例如柱塞流反應(yīng)器構(gòu)造。然后使反應(yīng)器尺寸和流速與藻類在水熱加工環(huán)境中所期望的停留時(shí)間和溫度相匹配。不同的混合構(gòu)造包括靜態(tài)混合器或T形混合器。由于處于亞臨界或超臨界條件下的水的潛在存在，不銹鋼是作為用于反應(yīng)器壁的非反應(yīng)性材料的合適選擇。還可以使用與反應(yīng)環(huán)境相容的用于反應(yīng)器表面的其它材料和/或涂層。對(duì)于連續(xù)加工反應(yīng)器的選項(xiàng)包括固定床、開管或沸騰床反應(yīng)器。
[0132]例如，可以使用間歇式反應(yīng)器以水熱加工藻類進(jìn)料?？梢詫⑴c水混合的一部分藻類進(jìn)料引入反應(yīng)器中。然后可以將反應(yīng)器吹掃(如果需要的話)以除去任何含氧氣體。任選地，然后可以將惰性氣體和/或還原氣體的分壓引入反應(yīng)器中。合適還原氣體的實(shí)例可以包括氫氣，而合適的惰性氣體可以包括氮?dú)狻Ｒ敕磻?yīng)器中的另外氣體的分壓可以為至少約25巴(2.5MPa)、或至少約40巴(4.0MPa)、或至少約50巴(5.0MPa)。引入反應(yīng)器的氣體的分壓可以為100巴(10.0MPa)或更小、或75巴(7.5MPa)或更小、或50巴(5.0MPa)或更小。應(yīng)注意，引入還原氣體可以對(duì)應(yīng)于用還原氣體使水熱處理用水飽和。
[0133]對(duì)于水熱加工環(huán)境的另一潛在加入物是一種或多種含氧物質(zhì)例如醇或酸。在水熱加工環(huán)境中的酸和醇改善烴產(chǎn)物的產(chǎn)率以及降低烴產(chǎn)物的氮含量。然而，如果將收獲的藻類暴露于處于大于約250°C的溫度或大于約60分鐘的加工時(shí)間的水熱加工條件,該后一優(yōu)勢(shì)則可能損失。合適的醇包括任何方便的醇例如甲醇或乙醇。引入反應(yīng)環(huán)境中的醇的量可以近似地等于基于重量計(jì)的干燥藻類的量。更一般地，在水熱加工期間提供溶劑有利效果的醇與藻類的重量比可以為約1:10至約10:1。合適的酸包括與再循環(huán)到藻類生長(zhǎng)環(huán)境相容的酸，例如磷酸或乙酸。在水熱加工期間提供有利效果的酸的濃度可以為約0.4M至約
5.0M。
[0134]在引入藻類、水、任何含氧物質(zhì)添加劑和任何另外的還原和/或惰性氣體之后，可以將間歇式反應(yīng)器密封?？梢赃x擇用于水熱加工的條件以回收油，同時(shí)產(chǎn)生含有至少一部分(潛在)可發(fā)酵材料的殘留產(chǎn)物?？梢詫⒃摲磻?yīng)器的溫度升高到至少約50°C、或至少約80°C、或至少約150°C、或至少約250°C、或至少約275°C或至少約300°C。可以將該反應(yīng)器的溫度升高到約500°C或更低、或約400°C或更低、或約380°C或更低、或約350°C或更低、或約300°C或更低或約275°C或更低。在該反應(yīng)器中的壓力可以為至少約I巴(0.1MPa)、或至少約25巴(2.5MPa)、或至少約50巴(5.0MPa)或至少約100巴(10.0MPa)。該壓力可以為約300巴(30.0MPa)或更低、或約250巴(25.0MPa)或更低、或約225巴(2.25MPa)或更低或約200巴(20.0MPa)或更低。溫度和壓力的期望組合，將取決于在油回收和保持對(duì)于殘留固體的另外效用之間所期望的平衡以及藻類的類型。
[0135]在一些情況下，在更嚴(yán)苛的條件下實(shí)施水熱加工。該更嚴(yán)苛的條件產(chǎn)生更大的油回收率，但在殘留固體中產(chǎn)生降低的可發(fā)酵材料量，同時(shí)還產(chǎn)生氨。合適的更嚴(yán)苛的條件包括高于約300°C的溫度和至少約1500psig(10.3MPag)的壓力。
[0136]在加工期間的另一選項(xiàng)可以為使用水熱加工催化劑。水熱加工催化劑可以為可溶于水熱反應(yīng)環(huán)境中的催化劑，或者該催化劑可以在反應(yīng)環(huán)境中處于催化劑粒子的形式。該催化劑粒子可以任選為負(fù)載型催化劑，其中催化材料負(fù)載在基體上。
[0137]負(fù)載型催化劑的一種選項(xiàng)可以為負(fù)載型貴金屬催化劑。該貴金屬可以為Pt、Pd、Rh、Ru、Ir或其組合。用于該催化劑的載體可以為水熱穩(wěn)定的載體。合適載體的實(shí)例可以包括耐高溫氧化物，例如氧化鈦或氧化鋯。氧化硅或活性碳還可以形成合適的載體材料。載體的其它選擇還可以包括氧化鎂、水滑石或其它多種類型的粘土。又另一選項(xiàng)可以為由一種或多種上述載體的混合物構(gòu)成的載體，例如氧化鈦、氧化鋯和氧化硅中的兩種或更多種的混合物?？蛇x地，該載體材料可以基本不含氧化鋁，意味著該載體材料不含氧化鋁或含有小于0.01重量％的氧化鋁、或小于0.1重量％的氧化鋁、或小于I重量％的氧化鋁。
[0138]另一負(fù)載型催化劑選項(xiàng)可以是使用堿性金屬或混合金屬氧化物，其具有或不具有貴金屬。不具有貴金屬的催化劑的實(shí)例可以包括氧化鎂、水滑石和負(fù)載在氧化鈦或氧化鋯上的鉀。 [0139]相對(duì)于藻類的量，在該反應(yīng)器中負(fù)載型催化劑的量可以為至少約0.05重量％、或至少約0.1重量％、或至少約I重量％、或至少約2.5重量％、或至少約5重量％。相對(duì)于藻類的量，在該反應(yīng)器中負(fù)載型催化劑的量可以為約20重量％或更低、或約15重量％或更低、或約10重量％或更低。[0140]負(fù)載在該催化劑上的金屬的量也可以變化。相對(duì)于該催化劑的重量，負(fù)載在該催化劑上的貴金屬的量可以為每重量催化劑至少約0.1重量％、或至少約0.5重量％、或至少約0.6重量％、或至少約0.75重量％、或至少約1.0重量％。負(fù)載在催化劑上的貴金屬的量可以為約1.5重量％或更低、或約1.0重量％或更低、或約0.75重量％或更低、或約0.6重量％或更低。更一般地，在催化劑載體上的單獨(dú)地或以混合物形式的金屬的量可以為至少約0.1重量％、或至少約0.25重量％、或至少約0.5重量％、或至少約0.6重量％、或至少約0.75重量％、或至少約I重量％、或至少約2.5重量％、或至少約5重量％。在催化劑載體上的單獨(dú)地或以混合物形式的金屬的量可以為約35重量％或更低、或約20重量％或更低、或約15重量％或更低、或約10重量％或更低、或約5重量％或更低。
[0141]作為可選的油回收工藝，可以直接使用醇例如甲醇、乙醇或丁醇用于從藻類中溶劑提取烴。任選地，該溶劑提取可以在超臨界條件下實(shí)施。該溶劑提取可以在間歇式攪拌槽反應(yīng)器中、在漿料鼓泡塔中或在連續(xù)流離心機(jī)內(nèi)作為逆流洗滌而進(jìn)行。該溶劑提取允許從藻類外殼或其它殘留固體中分離所期望餾出物沸程產(chǎn)物。然后可以經(jīng)由沸點(diǎn)分離例如在閃蒸槽或蒸餾塔中從所期望產(chǎn)物中回收溶劑。溶劑的量可以粗略地等于干燥藻類的重量。更一般地，溶劑的量可以為干燥藻類重量的約1.0至10.0倍，例如干燥藻類重量的至少約
2.0倍。合適的溫度包括約15°C (或另外的環(huán)境溫度)至約80°C的溫度，例如至少約40°C?？梢赃x擇提取時(shí)間以平衡提取所需要的時(shí)間與提取效率。增加溶劑的量和/或升高提取溫度通常將減少實(shí)現(xiàn)所期望提取水平所需要的反應(yīng)時(shí)間。合適的提取時(shí)間為約0.25小時(shí)至約24小時(shí)，例如約2小時(shí)至約16小時(shí)，優(yōu)選約6小時(shí)至約12小時(shí)。
[0142]作為用于溶劑提取的溶劑的其它選項(xiàng)包括醇、烴溶劑、芳族溶劑、丙酮、甘油、酒精、己烷、庚烷、 甲基戊烷、甲苯或甲基異丁酮。如果該溶劑為醇，則醇的實(shí)例包括但不限于甲醇、丙醇、乙醇和異丙醇。可選地，可以選擇溶劑作為用于疏水提取的溶劑。在疏水提取中，選擇溶劑以使得提取溶劑不混溶于水中，或者形成配分(partition)以使得僅一部分溶劑處于水相中。合適溶劑的實(shí)例包括非極性有機(jī)液體，例如脂族烴或各種石油醚。其它合適溶劑包括酯、醚、酮、硝化烴和氯化烴。溶劑的實(shí)例包括四氯化碳、氯仿、環(huán)己烷、1，2-二氯乙烷、二氯甲烷、乙醚、二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、庚烷、己烷、甲基-叔丁基醚、戊烷、甲苯或2，2, 4- 二甲基戍燒。
[0143]殘留固體的水解或其它前發(fā)酵處理
[0144]一種或多種所期望產(chǎn)物的提取和分離通常將導(dǎo)致產(chǎn)生通常處于殘留固體形式的殘留生物質(zhì)。該殘留固體對(duì)應(yīng)于來自用于產(chǎn)生所需烴的藻類的藻類外殼及其它固體。潛在地，在水解之后一些殘留生物質(zhì)也可能溶解于水相中。因?yàn)闅埩羯镔|(zhì)對(duì)應(yīng)于原始藻類的殘?jiān)栽摎埩羯镔|(zhì)代表適合未來藻類生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物來源。另外或可選地，在一些類型的油回收下，該殘留生物質(zhì)還將含有可以用于產(chǎn)生含氧物質(zhì)的可發(fā)酵固體(或可發(fā)酵固體的前體)。該含氧物質(zhì)可以在藻類加工系統(tǒng)的其它部分中使用。
[0145]殘留固體(或其它殘留生物質(zhì)，例如溶解于水相中的殘留生物質(zhì))通常將包含一些可發(fā)酵材料，或更通常是潛在可發(fā)酵的材料。如上所述，可發(fā)酵材料的量將根據(jù)多種因素而變化。通常地，將合乎需要和/或經(jīng)濟(jì)上有價(jià)值的是，使用可發(fā)酵材料以形成含氧物質(zhì)產(chǎn)物。在發(fā)酵之前，將潛在可發(fā)酵的材料例如通過水解預(yù)處理以允許后續(xù)發(fā)酵。多糖代表一類潛在可發(fā)酵的材料。水解工藝允許多糖及其它潛在可發(fā)酵的材料分解成淀粉、糖類物或其它糖。淀粉、糖類物或其它糖然后使用合適的酵母菌發(fā)酵?？梢允褂萌魏畏奖泐愋偷乃鈼l件將殘留固體轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵材料。還可以將含氧物質(zhì)例如甲醇或乙醇或有機(jī)酸加到水解反應(yīng)中以促進(jìn)潛在可發(fā)酵的材料轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵材料。典型的水解條件集涉及在一種或多種酶、一種或多種酸或者一種或多種酸和一種或多種酶的組合存在下，將潛在可發(fā)酵的材料暴露于加熱的水性環(huán)境。取決于所使用的酶的類型，35°C至90°C的溫度是合適的。加入酸，例如由發(fā)酵產(chǎn)生的有機(jī)酸，可以促進(jìn)水解工藝。水解工藝的其它實(shí)例包括蒸汽爆發(fā)工藝(steam explosion process)和堿催化工藝(例如，涉及氨/氫氧化銨的那些)。潛在可發(fā)酵材料的完全水解可能需要依次實(shí)施的多個(gè)水解工藝。例如，加酸水解工藝之后可以是酶水解工藝。
[0146]在水解之后，可以進(jìn)行另外的分離以從不溶性副產(chǎn)物中分離水溶性的可發(fā)酵材料。
[0147]發(fā)酵和含氧物質(zhì)產(chǎn)生
[0148]在水解之后，則使用合適的酵母菌(例如，釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae))或其它細(xì)菌使可發(fā)酵材料發(fā)酵以形成含氧物質(zhì)。所形成的含氧物質(zhì)的類型通常取決于酵母菌或細(xì)菌的類型?？赡艿暮跷镔|(zhì)包括醇，例如甲醇、丁醇或乙醇，或有機(jī)酸，例如乙酸。酵母菌或細(xì)菌的實(shí)例包括腸桿菌(Enterobaceriae),其可以生成有機(jī)酸,和酵母菌釀酒酵母，其可用于乙醇生產(chǎn)。
[0149]在發(fā)酵期間，該酵母菌或細(xì)菌消耗可發(fā)酵材料且形成含氧物質(zhì)、CO2和熱。發(fā)酵通常還引起一些殘留副產(chǎn)物的形成?？梢允褂梅蛛x器分離出氣相CO2、水相含氧物質(zhì)和此時(shí)不溶的副產(chǎn)物?？梢允笴O2再循環(huán)以用于任何方便的用途。例如，可以使0)2返回到藻類生長(zhǎng)池中以在新批次藻類的生長(zhǎng)中使用。如果從其它生物質(zhì)來源提供任何另外的CO2,則這允許不取決于碳的化石燃 料來源的真正可再生藻類的生長(zhǎng)。
[0150]然后將含有含氧物質(zhì)的水相蒸餾以在水性環(huán)境中濃縮所期望的含氧物質(zhì)?？梢允乖谡麴s期間除去的水再循環(huán)，例如再循環(huán)到藻類生長(zhǎng)池?？梢砸远喾N方式使用所述含氧物質(zhì)。如果需要，則可以選擇發(fā)酵條件以形成醇、酸或其組合。然后使醇和/或酸再循環(huán)到使用水熱加工和/或用于預(yù)處理可發(fā)酵材料的油回收工藝。醇和/或酸允許改善所需油或脂質(zhì)的回收率以及潛在地降低所回收烴的氮含量。另一選項(xiàng)是將發(fā)酵集中于醇生產(chǎn)且使用醇用于從藻類中醇提取油或脂質(zhì)。又另一選項(xiàng)是使用所產(chǎn)生的含氧物質(zhì)作為產(chǎn)物，因此增加來自藻類加工系統(tǒng)的產(chǎn)物的總產(chǎn)率。
[0151]加工產(chǎn)物固體以使?fàn)I養(yǎng)素再循環(huán)
[0152]除了使殘留固體發(fā)酵以形成含氧物質(zhì)之外，還可以從殘留固體中回收多種藻類生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)素?？梢詫?duì)來自殘留固體水解的副產(chǎn)物和/或來自發(fā)酵的副產(chǎn)物實(shí)施營(yíng)養(yǎng)素回收。
[0153]數(shù)種選項(xiàng)可用于使?fàn)I養(yǎng)素從殘留固體中再循環(huán)。來自水解和/或發(fā)酵的副產(chǎn)物常處于相對(duì)易獲得的形式。易獲得的形式可以對(duì)應(yīng)于作為堿性氮存在的氮和以磷酸鹽形式存在的磷。在這樣的情況下，可以將副產(chǎn)物暴露于涉及酸例如乙酸、磷酸或硫酸的酸洗。優(yōu)選將例如乙酸的弱酸用于該酸洗。在使副產(chǎn)物作為用于一個(gè)或多個(gè)藻類生長(zhǎng)池的營(yíng)養(yǎng)素再循環(huán)之前，使用該酸洗以中和副產(chǎn)物的pH。
[0154]可選地，可以使用消化器以增加營(yíng)養(yǎng)素產(chǎn)率。在消化工藝中，將副產(chǎn)物暴露于細(xì)菌例如甲燒菌(methanotropic bacteria),其將剩余副產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成更有用的形式。通過細(xì)菌進(jìn)行的消化通常將產(chǎn)生包含H2、小有機(jī)物例如CH4和CO2的氣相產(chǎn)物?？梢詫2和小有機(jī)物氣相產(chǎn)物用作燃料來源。包含氣相CO2的剩余消化產(chǎn)物通常更適合再循環(huán)到藻類生長(zhǎng)池。又另一選項(xiàng)是使用殘留生物質(zhì)和/或其它生物質(zhì)作為消化器的進(jìn)料，如在本說明書的其它部分中所描述的。
[0155]產(chǎn)物分子的另外的加工
[0156]從藻類來源或非藻類來源回收的所期望產(chǎn)物分子的類型將取決于生物質(zhì)來源的性質(zhì)。特別地，不同類型的藻類可以產(chǎn)生各種餾出物沸程分子、在任選另外的加工之后適合用作燃料或燃料共混產(chǎn)物的分子或其它類型的產(chǎn)物分子?？赡艿漠a(chǎn)物包括脂肪酸、醛、酮及包括一個(gè)或多個(gè)含有氧和/或氮雜原子的官能團(tuán)的其它分子。所述產(chǎn)物任選還可以包括一個(gè)或多個(gè)不飽和度。
[0157]雖然可行的是，從藻類回收的產(chǎn)物分子將直接適合用作燃料、燃料添加劑、潤(rùn)滑劑、潤(rùn)滑劑添加劑或其它化學(xué)產(chǎn)物，但更通常的是，產(chǎn)物分子在使用之前將經(jīng)歷另外的加工。一種類型的另外加工可以為進(jìn)一步分離和/或純化產(chǎn)物分子。其它類型的另外加工可以涉及進(jìn)行反應(yīng)以改變沸程或改性分子中的官能團(tuán)。例如，許多類型的藻類生成如下的餾出物沸程產(chǎn)物，其沸點(diǎn)高于約650 °F (343°C )至約750 °F (399°C )的典型柴油最大沸點(diǎn)。可以使這樣的分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生較低沸點(diǎn)的物種。另一選項(xiàng)可以將產(chǎn)物分子轉(zhuǎn)化成與常規(guī)加工系統(tǒng)相容的形式。許多藻類生成作為潛在產(chǎn)物分子的脂肪酸?？梢允怪舅崤c醇反應(yīng)以形成脂肪酸烷基酯，以在具有用于處理脂肪酸烷基酯的現(xiàn)有工藝流程的煉油廠中使用。又另一選項(xiàng)可以是裂化或另外降低產(chǎn)物的沸點(diǎn)到低于餾出物沸程的溫度。這可以允許形成石腦油沸程化合物和/或形成用作聚合物形成用進(jìn)料的小分子。包括此類另外加工步驟的本發(fā)明方法和系統(tǒng)在本發(fā)明的各方面的范圍內(nèi)。
[0158]可以通過生物燃 料生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)施上述方法中的任何方法。此外，可以單獨(dú)或組合地實(shí)施上述方法中的任何方法。因此，本發(fā)明的另一方面為實(shí)施上述方法中的一種或兩種方法的生物燃料生產(chǎn)系統(tǒng)。
[0159]另外的實(shí)施方式
[0160]另外或可選地，本發(fā)明可以包括以下實(shí)施方式中的一個(gè)或多個(gè)。
[0161]實(shí)施方式1.產(chǎn)生燃料或燃料共混產(chǎn)物的方法，包括:提供包含來自藻類生長(zhǎng)環(huán)境的藻源生物質(zhì)的進(jìn)料；從所述藻源生物質(zhì)回收燃料或燃料共混產(chǎn)物和殘留產(chǎn)物；對(duì)所述殘留產(chǎn)物的至少一部分實(shí)施氣化工藝，所述氣化工藝至少產(chǎn)生氣相輸出料流和氣化殘留料流，所述氣相輸出料流包含H2和CO ;通過除去不同于H2和CO的一種或多種污染化合物的至少一部分來純化所述氣相輸出料流；和將所述純化的氣相輸出料流的至少一部分轉(zhuǎn)化成一種或多種有機(jī)分子。
[0162]實(shí)施方式2.根據(jù)實(shí)施方式I所述的方法，其中將所述純化的氣相輸出料流的至少一部分轉(zhuǎn)化成一種或多種有機(jī)分子包括使用所述純化的氣相輸出料流的至少一部分合成甲醇。
[0163]實(shí)施方式3.根據(jù)實(shí)施方式2所述的方法，其中回收燃料或燃料共混產(chǎn)物在所述合成的甲醇的至少一部分存在下進(jìn)行實(shí)施。
[0164]實(shí)施方式4.根據(jù)實(shí)施方式2或3所述的方法，其還包括由所述合成的甲醇的至少一部分和含有甘油三酯的進(jìn)料合成脂肪酸甲酯，所述含有甘油三酯的進(jìn)料任選包含所述回收的燃料或燃料共混產(chǎn)物的至少一部分。
[0165]實(shí)施方式5.根據(jù)上述實(shí)施方式中的任一項(xiàng)所述的方法，其中將所述純化的氣相輸出料流的至少一部分轉(zhuǎn)化成一種或多種有機(jī)分子包括使用所述純化的氣相輸出料流的至少一部分實(shí)施費(fèi)-托合成工藝，所述費(fèi)-托合成工藝產(chǎn)生一種或多種烷烴產(chǎn)物和一種或多種含氧物質(zhì)副產(chǎn)物。
[0166]實(shí)施方式6.根據(jù)實(shí)施方式5所述的方法，其中回收燃料或燃料共混產(chǎn)物在所述一種或多種含氧物質(zhì)副產(chǎn)物的至少一部分存在下進(jìn)行實(shí)施。
[0167]實(shí)施方式7.根據(jù)上述實(shí)施方式中的任一項(xiàng)所述的方法,其中將所述氣相輸出料流的至少一部分用作燃料氣。
[0168]實(shí)施方式8.根據(jù)上述實(shí)施方式中的任一項(xiàng)所述的方法，其還包括使所述一種或多種污染化合物的至少一部分、所述氣化殘留物的至少一部分或其組合再循環(huán)到所述藻類生長(zhǎng)環(huán)境，所述氣化殘留物在再循環(huán)之前任選用酸洗滌。
[0169]實(shí)施方式9.根據(jù)實(shí)施方式8所述的方法，其中所述一種或多種污染化合物的再循環(huán)部分包含NH3、CO2或其組合。
[0170]實(shí)施方式10.根據(jù)上述實(shí)施方式中的任一項(xiàng)所述的方法，其還包括使用水煤氣變換反應(yīng)改性來自所述氣化工藝的氣相輸出料流的組成。
[0171]實(shí)施方式11.根據(jù)上述實(shí)施方式中的任一項(xiàng)所述的方法，其中從所述藻源生物質(zhì)和至少一種另外的生物質(zhì)進(jìn)料中回收所述燃料或燃料共混產(chǎn)物和所述殘留產(chǎn)物。 [0172]實(shí)施方式12.根據(jù)上述實(shí)施方式中的任一項(xiàng)所述的方法，其中對(duì)至少一種另外的生物質(zhì)進(jìn)料另外實(shí)施所述氣化工藝。
[0173]實(shí)施方式13.根據(jù)上述實(shí)施方式中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述純化的氣相輸出料流的至少一部分向一種或多種有機(jī)分子的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致生成含氧物質(zhì)，將所述含氧物質(zhì)的至少一部分用作在燃料或燃料共混產(chǎn)物回收中的試劑。
[0174]實(shí)施方式14.產(chǎn)生生物燃料的方法，其包括:在藻類生長(zhǎng)環(huán)境中生長(zhǎng)藻類；從來自所述藻類生長(zhǎng)環(huán)境的藻源生物質(zhì)進(jìn)料中回收第一燃料或燃料共混產(chǎn)物和殘留產(chǎn)物；從第二生物質(zhì)進(jìn)料中回收第二燃料或燃料共混產(chǎn)物和第二殘留產(chǎn)物；對(duì)所述第二殘留產(chǎn)物的至少一部分實(shí)施氣化工藝，所述氣化工藝至少生成第一氣相輸出料流和氣化殘留物，所述第一氣相輸出料流包含nh3、CO2或其組合；和使所述第一氣相輸出料流或所述氣化殘留料流的至少一部分再循環(huán)到所述藻類生長(zhǎng)環(huán)境。
[0175]實(shí)施方式15.根據(jù)實(shí)施方式14所述的方法，其中所述第二燃料或燃料共混產(chǎn)物為
脂肪酸烷基酷。
[0176]實(shí)施方式16.根據(jù)實(shí)施方式14或15所述的方法，其還包括加工所述第一燃料或燃料共混產(chǎn)物以形成脂肪酸烷基酯。
[0177]實(shí)施方式17.根據(jù)實(shí)施方式14至16中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述氣化工藝另外生成包含H2和CO的第二氣相輸出料流，所述方法還包括使所述純化的氣相輸出料流的至少一部分轉(zhuǎn)化成一種或多種有機(jī)分子，所述轉(zhuǎn)化導(dǎo)致生成至少一種含氧物質(zhì)，將所述含氧物質(zhì)用作在所述第一燃料或燃料共混產(chǎn)物回收中的試劑或用作在所述第二燃料或燃料共混產(chǎn)物回收中的試劑。
【權(quán)利要求】
1.產(chǎn)生燃料或燃料共混產(chǎn)物的方法，包括: 提供包含來自藻類生長(zhǎng)環(huán)境的藻源生物質(zhì)的進(jìn)料； 從所述藻源生物質(zhì)回收燃料或燃料共混產(chǎn)物和殘留產(chǎn)物； 對(duì)所述殘留產(chǎn)物的至少一部分實(shí)施氣化工藝，所述氣化工藝至少產(chǎn)生氣相輸出料流和氣化殘留料流，所述氣相輸出料流包含H2和CO ； 通過除去不同于H2和CO的一種或多種污染化合物的至少一部分來純化所述氣相輸出料流；和 將所述純化的氣相輸出料流的至少一部分轉(zhuǎn)化成一種或多種有機(jī)分子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述純化的氣相輸出料流的至少一部分轉(zhuǎn)化成一種或多種有機(jī)分子包括使用所述純化的氣相輸出料流的至少一部分合成甲醇。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中回收燃料或燃料共混產(chǎn)物在所述合成的甲醇的至少一部分存在下進(jìn)行實(shí)施。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括由所述合成的甲醇的至少一部分和含有甘油三酯的進(jìn)料合成脂肪酸甲酯。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述含有甘油三酯的進(jìn)料包含所述回收的燃料或燃料共混產(chǎn)物的至少一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述純化的氣相輸出料流的至少一部分轉(zhuǎn)化成一種或多種有機(jī)分子包括使用所述純化的氣相輸出料流的至少一部分實(shí)施費(fèi)-托合成工藝，所述費(fèi)-托合成工藝產(chǎn)生一種或多種烷烴產(chǎn)物和一種或多種含氧物質(zhì)副產(chǎn)物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中回收燃料或燃料共混產(chǎn)物在所述一種或多種含氧物質(zhì)副產(chǎn)物的至少一部分存在下進(jìn)行實(shí)施。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括使用所述純化的氣相輸出料流的至少一部分來合成甲醇。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述氣相輸出料流的至少一部分用作燃料氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括使所述一種或多種污染化合物的至少一部分、所述氣化殘留料流的至少一部分或其組合再循環(huán)到所述藻類生長(zhǎng)環(huán)境。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述一種或多種污染化合物的再循環(huán)部分包含NH3 > CO2或其組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中使所述氣化殘留料流的至少一部分再循環(huán)包括在再循環(huán)之前用酸洗滌所述氣化殘留料流的所述至少一部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括使用水煤氣變換反應(yīng)改性來自所述氣化工藝的氣相輸出料流的組成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述藻源生物質(zhì)和至少一種另外的生物質(zhì)進(jìn)料中回收所述燃料或燃料共混產(chǎn)物和所述殘留產(chǎn)物。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)至少一種另外的生物質(zhì)進(jìn)料另外實(shí)施所述氣化工藝。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述純化的氣相輸出料流的至少一部分向一種或多種有機(jī)分子的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致生成含氧物質(zhì)，將所述含氧物質(zhì)的至少一部分用作在燃料或燃料共混產(chǎn)物回收中的試劑。
17.產(chǎn)生生物燃料的方法，包括: 在藻類生長(zhǎng)環(huán)境中生長(zhǎng)藻類； 從來自所述藻類生長(zhǎng)環(huán)境的藻源生物質(zhì)進(jìn)料中回收第一燃料或燃料共混產(chǎn)物和殘留產(chǎn)物； 從第二生物質(zhì)進(jìn)料中回收第二燃料或燃料共混產(chǎn)物和第二殘留產(chǎn)物； 對(duì)所述第二殘留產(chǎn)物的至少一部分實(shí)施氣化工藝，所述氣化工藝至少生成第一氣相輸出料流和氣化殘留物，所述第一氣相輸出料流包含NH3、CO2或其組合；和 使所述第一氣相輸出料流或所述氣化殘留物料流的至少一部分再循環(huán)到所述藻類生長(zhǎng)環(huán)境。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第二燃料或燃料共混產(chǎn)物為脂肪酸烷基酯。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其還包括加工所述第一燃料或燃料共混產(chǎn)物以形成脂肪酸烷基酷。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述氣化工藝另外生成包含H2和CO的第二氣相輸出料流，所述方法還包括使所述純化的氣相輸出料流的至少一部分轉(zhuǎn)化成一種或多種有機(jī)分子，所述轉(zhuǎn)化導(dǎo)致生成至少一種含氧物質(zhì)，將所述含氧物質(zhì)用作在所述第一燃料或燃料共混產(chǎn)物回收中的試劑或用作在所述第二燃料或燃料共混產(chǎn)物回收中的試劑。
【文檔編號(hào)】C12P5/02GK103998613SQ201280062204
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月14日
【發(fā)明者】保羅·D·奧爾登堡, 米歇爾·A·達(dá)格, 維吉尼亞·M·羅伯茨, 保羅·J·貝洛維茨, 大衛(wèi)·C·隆, 詹姆斯·R·比倫貝格 申請(qǐng)人:?？松梨谘芯抗こ坦?br>