专利名称：微藻养殖并制备生物能源的反应系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种养殖微藻并制备生物能源的反应系统，微藻原料生长周期短、生
物产量高、酯化效率高、生产成本低。本发明具体如下 1、微藻养殖系统包括管式光反应器和微藻收集装置。 其中，管式光反应器通常采用环形管式光反应器，其材质可为任意透明材质，如 玻璃、树脂等。 A、管式光反应器包括光反应器(4)、管道、藻液收集罐(1)、藻液输送泵(2)、通气 管(7)、气体储罐(6)等几部分组成。所述的藻液收集罐(1)下设出口与藻液输送泵(2)相 连，藻液输送泵出口 1(3)与玻璃管(4)相连，玻璃管终端与藻液收集罐上口 1(5)相连。气 体储罐(6)通过通气管(7)连入光反应器的管路中。 B、微藻收集装置包括藻液收集罐、藻液输送泵、管路、滤液储罐、板框过滤机。所 述的藻液收集罐(1)下设出口与藻液输送泵(2)相连，藻液输送泵出口 2(8)与板框过滤机 (9)的进口相连，板框过滤机(9)的出口与滤液储罐(10)上口相连，滤液储罐(10)下口连 接藻液收集罐上口 2(11)。 2、生物能源制备系统包括生物柴油制备装置和生物燃气制备装置。
A、生物柴油制备装置包括萃取罐(12)、萃取分离槽(13)、萃取蒸馏釜(14)、油脂 冷却器(15)、酯交换反应釜(16)、酯交换冷却器(17)、酯交换分离槽(18)、酯交换蒸馏釜 (19)、成品冷却器(20)和管路。其中萃取罐(12)连接萃取分离槽(13)上口。萃取分离 槽(13)侧口 (23)与萃取蒸馏釜(14)相连、萃取蒸馏釜(14)与油脂冷却器(15)相连。酯 交换反应釜(16)依次与酯交换冷却器(17)、酯交换分离槽(18)、酯交换蒸馏釜(19)、成品 冷却器(20)相连。溶剂油储罐(25)出口与萃取罐(12)相连，进口与萃取蒸馏罐(14)相连。甲醇储罐(26)出口与酯交换反应釜(16)相连，进口与酯交换蒸馏釜(19)相连。
B、生物燃气制备装置包括萃取分离槽(13)、发酵罐(21)和气体收集罐(22)。所 述萃取分离槽(13)下口 (24)依次与发酵罐(21)、气体收集罐(22)相连。
本发明养殖微藻并制备生物能源的反应工艺步骤为
1.利用管式光反应器养殖微藻 将配制好的培养基加入到滤液储罐(10)中，利用重力差将培养基从滤液储罐 (10)压入到藻液收集罐(1)中。打开藻液输送泵(2)，将培养基经藻液输送泵出口 1(3)泵 至光反应器(4)中，最终经藻液收集罐上口 1(5)流回藻液收集罐(1)。再将藻液经藻液收 集罐(1)接入到培养基中。(A气体储存在气体储罐(6)，通过通气管(7)通入光反应器的 管路中。 2.从光反应器中收集微藻 收获微藻时，关闭藻液输送泵出口 1(3)，打开藻液输送泵出口 2(8)，将藻液泵入 板框过滤机(9)，藻泥留在滤纸上，剩余培养基泵入滤液储罐(10)中，用于培养基的补充或 再次培养使用。将滤纸上的藻泥收集用于生物能源的制备。
3.生物柴油的制备 藻泥投入萃取罐(12)中，利用氮气将溶剂油从溶剂油储罐(25)压入萃取罐(12) 中。搅拌后将全部物料放入到萃取分离槽(13)中，静置后物料分为两层，上层物料经萃取 分离槽侧口 (23)放入萃取蒸馏釜(14)中。控制萃取蒸馏釜(14)的温度，一般保持在60 70°C。蒸馏出的溶剂油通过管路流回溶剂油储罐(25)。蒸馏完毕后，将蒸馏釜中物料通过 油脂冷却器(15)得到的为微藻油脂。 将微藻油脂投入酯交换反应釜(16)中，利用氮气将甲醇从甲醇储罐(26)压入酯 交换反应釜(16)中，并加入酸性催化剂，如浓硫酸等，通常保持温度在60 IO(TC，搅拌一 段时间后停止反应，通常为搅拌4 12h。将物料经酯交换冷却器(17)全部放入到酯交换 分离槽(18)中，静置后物料分为两层。下层物料放出投入到酯交换蒸馏釜(19)中，温度通 常保持在60 7(TC，蒸馏出的甲醇通过管路流回甲醇储罐(26)，蒸馏完毕后，将蒸馏釜中 剩余物料通过成品冷却器(20)放出，用碱中和成中性，得到的液体即为甘油。
将酯交换分离槽(18)中上层物料经酯交换分离槽(18)同一出口放出再次投入到 酯交换蒸馏釜(19)中，温度一般保持在80 ll(TC，将物料中水分蒸发后，经成品冷却器 (20)放出收集即为生物柴油。
4.生物燃气的制备 萃取分离槽(13)中下层物料即为藻泥，将藻泥放入发酵罐(21)，第一阶段产氢产 乙酸发酵温度控制在30 4(TC， pH调节到4. 0 4. 5 ;第二阶段产甲烷发酵温度保持在 35 4(TC，pH调节到6.8 7. 5。产生的气体为氢气和/或甲烷，放入气体收集罐(22)中， 得到生物燃气。 此反应系统的优点在于 (1)集微藻光反应器、收集装置、提油装置、酯化装置和发酵装置为一体，实现了原 料油生产、生物能源制备连续化，结构紧凑，利用率高，成本低。 (2)微藻养殖和生物能源制备可分开进行，也可连续进行。可根据微藻生产速率调 整收集速率，如生长速率较快的微藻，可每天收集1 2次，生长速率较慢的藻种，可每1 2天收集一次，做到每天定时定量收集，既能保证微藻的养殖，又不影响生物能源的制备，合 理安排生产，节约成本。 (3)微藻收集后剩下的培养基直接压入滤液储罐(10)，可用于养殖期间培养基的 补充，也可用于再一次的微藻养殖，节约成本。 (4)所用有机溶剂均可回收再利用，节约成本。如系统中蒸馏出的溶剂油通过管路 流回溶剂油储罐(25)回收再利用和/或系统中蒸馏出的甲醇通过管路流回甲醇储罐(26) 回收再利用。
图1为本发明微藻养殖系统结构示意图. 图2为本发明微藻提油装置和发酵装置系统结构示意图。 图3为本发明酯交换系统结构示意图。 图4为本发明的连续生产结构示意图。 图中藻液收集罐(1)，藻液输送泵(2)，藻液输送泵出口 1 (3)，玻璃管(4)，藻液收 集罐上口 1(5)，气体储罐(6)，通气管(7)，藻液输送泵出口 2(8)，板框过滤机(9)，滤液储 罐(10)，藻液收集罐上口 2 (11)，萃取罐(12)，萃取分离槽(13)，萃取蒸馏釜(14)，油脂冷却 器(15)，酯交换反应釜(16)，酯交换冷却器(17)，酯交换分离槽(18)，酯交换蒸馏釜(19)， 成品冷却器(20)，发酵罐(21)，气体收集罐(22)，萃取分离槽侧口 (23)，萃取分离槽下口 (24)，溶剂油储罐(25)，甲醇储罐(26)。
其中，图4为摘要附图。
具体实施例方式
本发明提供一种养殖微藻并制备生物能源的反应系统。 下面结合附图对本发明详细说明，以下仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定 本发明的范围。即大凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明专 利涵盖的范围内。 实施例1 :利用环形管式光反应器养殖微藻 将配制好的培养基加入到滤液储罐(10)中，利用重力差将培养基从滤液储罐 (10)压入到藻液收集罐(1)中。打开藻液输送泵(2)，将培养基经藻液输送泵出口 1(3)泵 至玻璃材质的光反应器(4)中，最终经藻液收集罐上口 1(5)流回藻液收集罐(1)。再将藻 液经藻液收集罐(1)接入到培养基中。(A气体储存在气体储罐(6)，通过通气管(7)通入 光反应器的管路中。 实施例2 :从光反应器中收集微藻 收集微藻时，关闭藻液输送泵出口 1(3)，打开藻液输送泵出口 2(8)，将藻液泵入 板框过滤机(9)，藻泥留在滤纸上，剩余培养基泵入滤液储罐(10)中，用于培养基的补充或 再次培养使用。将滤纸上的藻泥收集用于生物能源的制备。其中，板框过滤机为上海大张 过滤设备有限公司生产，型号为BMY5/450-30U。
实施例3 :生物柴油的制备 藻泥投入萃取罐(12)中，利用氮气将溶剂油从溶剂油储罐(25)压入萃取罐(12)中。溶剂油为常用的正己烷或正戊烷等的一种或几种的混合物。搅拌30 100min后将全 部物料放入到萃取分离槽(13)中，静置10 30min后物料分为两层，上层物料经萃取分离 槽侧口 (23)放入萃取蒸馏釜(14)中。控制萃取蒸馏釜(14)的温度保持在60 7(TC。蒸 馏出的溶剂油通过管路流回溶剂油储罐(25)。蒸馏完毕后，将蒸馏釜中物料通过油脂冷却 器(15)得到的为微藻油脂。 将微藻油脂投入酯交换反应釜(16)中，利用氮气将甲醇从甲醇储罐(26)压入酯 交换反应釜(16)中，并加入酸性催化剂浓硫酸，温度保持在60 IO(TC ，搅拌4 12h后停 止反应。将物料经酯交换冷却器(17)全部放入到酯交换分离槽(18)中，静置10 30min 后物料分为两层。下层物料放出投入到酯交换蒸馏釜(19)中，温度保持在60 7(TC，蒸馏 出的甲醇通过管路流回甲醇储罐(26)，蒸馏完毕后，将蒸馏釜中剩余物料通过成品冷却器 (20)放出，用碱中和成中性，得到的液体即为甘油。 将酯交换分离槽(18)中上层物料经酯交换分离槽(18)同一出口放出再次投入到
酯交换蒸馏釜(19)中，温度保持在80 11(TC，将物料中水分蒸发后，经成品冷却器(20)
放出收集即为生物柴油。 实施例4 :生物燃气的制备 萃取分离槽(13)中下层物料即为藻泥，将藻泥放入发酵罐(21)，第一阶段产氢产 乙酸发酵温度控制在30 4(TC， pH调节到4. 0 4. 5 ;第二阶段产甲烷发酵温度保持在 35 4(TC，pH调节到6.8 7. 5。产生的气体为氢气和/或甲烷，放入气体收集罐(22)中， 得到生物燃气。
权利要求
一种微藻养殖并制备生物能源的反应系统，其特征在于，系统集微藻光反应器、收集装置、提油装置、酯化装置和发酵装置为一体。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，管式光反应器采用环形管式光反应器。
3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，收集装置采用板框过滤机。
4. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，微藻养殖和生物能源制备分开进行或连 续进行。
5. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，可根据微藻生产速率调整收集速率。
6. 根据权利要求1 5所述的任意一种系统，其特征在于，微藻收集后剩下的培养基直 接压入滤液储罐(10)用于培养基的补充或用于再次微藻养殖。
7. 根据权利要求1 5所述的任意一种系统，其特征在于，系统中所有有机溶剂都可回 收再利用。
8. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，系统中所有有机溶剂都可回收再利用。
9. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，系统中蒸馏出的溶剂油通过管路流回溶 剂油储罐(25)回收再利用和/或系统中蒸馏出的甲醇通过管路流回甲醇储罐(26)回收再 利用。
10. 根据权利要求8所述的系统，其特征在于，系统中蒸馏出的溶剂油通过管路流回溶 剂油储罐(25)回收再利用和/或系统中蒸馏出的甲醇通过管路流回甲醇储罐(26)回收再 利用。
全文摘要
本发明提供一种微藻养殖并制备生物能源的反应系统。包括微藻养殖系统和生物能源制备系统藻液收集罐(1)、藻液输送泵(2)、光反应器(4)、气体储罐(6)、板框过滤机(9)、滤液储罐(10)、萃取罐(12)、萃取分离槽(13)、萃取蒸馏釜(14)、油脂冷却器(15)、酯交换反应釜(16)、酯交换冷却器(17)、酯交换分离槽(18)、酯交换蒸馏釜(19)、成品冷却器(20)、发酵罐(21)、气体收集罐(22)、溶剂油储罐(25)、甲醇储罐(26)等。此反应系统集微藻光反应器、收集装置、提油装置、酯化装置和发酵装置为一体，实现了原料油生产、生物能源制备连续化，结构紧凑，利用率高，成本低。
文档编号C12M1/02GK101748053SQ200810240028
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月17日 优先权日2008年12月17日
发明者刘敏胜, 张惠敏, 王慧岭, 石蕾, 陈伟, 马卫敬 申请人:新奥科技发展有限公司