用于燃料生产的集成生物加工的制作方法

用于燃料生产的集成生物加工的制作方法
【专利摘要】本发明提供用于增强从藻源生物质回收产物的工艺集成的系统和方法。所述增强的工艺集成允许增加来源于可再生来源的输入料流及其它试剂的使用。这增加了从所述藻源生物质中提取的产物的总体可再生特性。所述工艺集成可以包括在藻类加工系统和用于加工非藻类生物质的系统之间交换输入料流或能量。改善工艺集成的一个实例是使用以可再生方式产生的含氧物质作为用于增强所述藻类加工系统的试剂。
【专利说明】用于燃料生产的集成生物加工
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成加工藻类以形成燃料、润滑剂、化学产物和/或具有可再生特性的其它产物。
【背景技术】
[0002]燃料和润滑剂的常规生产仍然受矿物石油进料向所期望产物的转化所主导。为了用可再生形式的能量补充和/或替代常规来源，必须克服多种问题。
[0003]对于常规燃料和润滑剂的一种可选方案是生产基于生物质的相当的燃料和润滑剂。基于生物质的燃料和润滑剂的一个潜在优势在于，所得产物可以与现有基础设施和技术相容。理想地，基于生物质的燃料和润滑剂将代替常规产物以“无需事先调整的”方式使用，允许使用可再生的产物，而不必改进现有设备。另一潜在用途将是生产与常规燃料和润滑剂相容的共混料。
[0004]公开的美国专利申请2009/0081748描述了使用藻类生产生物燃料的集成方法和系统。描述了用于生产包括生物柴油产物和乙醇产物的多种产物的方法。

【发明内容】

[0005]在本发明中，提供用于增强从藻源生物质回收产物的工艺集成的系统和方法。所述增强的工艺集成允许增加来源于可再生来源的输入料流及其它试剂的使用。这又增加了从藻源生物质提取的产物的总体可再生特性。所述工艺集成可以包括在藻类生物质加工系统和用于加工非藻类生物质的系统之间交换输入料流或能量。
[0006]首先，提供用于由藻源生物质产生燃料或燃料共混产物的集成方法，其集成了气化工艺。所述方法包括提供包含来自藻类生长环境的藻源生物质的进料。从所述藻源生物质回收燃料或燃料共混产物及残留产物。任选地，可以将通过另一工艺在生物质加工系统中产生的含氧物质用作用于回收所述燃料或燃料共混产物的试剂。对所述残留产物的至少一部分实施气化工艺。所述气化工艺至少产生气相输出料流和气化残留料流。所述气相输出料流包含H2和CO。然后通过除去不同于H2和CO的一种或多种污染化合物的至少一部分来纯化所述气相输出料流。例如，可以将NH3从所述气相输出料流中除去，或可以将NH3和CO2都除去，以形成第二气相输出料流。任选地，可以使所述除去的污染化合物再循环以用作用于藻类和/或其它生物质生长的营养素。将所述纯化的气相输出料流的至少一部分转化成一种或多种有机分子。所述转化可以对应于甲醇合成反应、直接发酵以形成乙醇、费-托合成反应或受益于含有H2和CO的输入料流的另一反应。
[0007]其次，可选地或另外地，提供用于产生生物燃料的另一方法。所述方法包括使藻类在藻类生长环境中生长。从来自所述藻类生长环境的藻源生物质进料回收第一燃料或燃料共混产物和残留产物。从第二生物质进料回收第二燃料或燃料共混产物和第二残留产物。对所述第二残留产物的至少一部分实施气化工艺。所述气化工艺至少生成第一气相输出料流和气化残留物，所述第一气相输出料流包含NH3XO2或其组合。使所述第一气相输出料流或所述气化残留物的至少一部分再循环到所述藻类生长环境中。
[0008]上述方法中的任一种都可以通过生物燃料生产系统进行实施。此外，上述方法中的任一种都可以单独或组合地进行实施。因此，本发明的另一方面为实施上述方法中的一种或两种的生物燃料生产系统。
【专利附图】

【附图说明】
[0009]图1描绘适合实施根据本发明的一方面的方法的反应系统。
[0010]图2描绘适合实施根据本发明的另一方面的方法的反应系统。
[0011]图3描绘适合实施根据本发明的另一方面的方法的反应系统。
[0012]图4描绘适合实施根据本发明的另一方面的方法的反应系统。
[0013]图5描绘适合实施根据本发明的另一方面的方法的反应系统。
【具体实施方式】[0014]鐘述
[0015]由生物源产生燃料是补充和/或替代常规化石燃料的日益受关注的领域。目前，由生物源产生的大多数燃料是含氧燃料例如乙醇，它们旨在补充用于汽油动力发动机的燃料池。还产生了量日益增加的基于生物源的柴油。来自生物源的燃料、润滑剂及其它产物部分地基于从环境中捕集的碳和能量(日光)。这样的燃料、润滑剂及其它产物有时被称作“可再生”产物。
[0016]遗憾的是，由生物源产生可再生产物的常规方法仍然受到多个缺点的困扰。一个困难在于常规可再生产物通常在特性上并不可以完全再生。由玉米生产乙醇提供一个实例。常将基于玉米的乙醇视为可再生燃料，因为玉米合并来自周围环境的碳。因此，由燃烧基于玉米的乙醇排放的二氧化碳代表最初从环境中提取的碳。玉米的能量含量也基于日光。然而，由玉米产生乙醇需要多个工艺步骤。首先，必须种植玉米种子。这通常包括操作由以常规、不可再生柴油或汽油燃料运转的发动机提供动力的大型农业设备。以不可再生燃料运转的此类农业设备还在玉米的生长和收获期间进行使用。然后将收获的玉米在能够从玉米中提取糖/淀粉并使所提取的糖/淀粉发酵以制得乙醇的蒸馏室或其它设备中加工。所述发酵在高温下进行，且通常通过燃烧不可再生的化石燃料来为其提供动力。蒸馏以浓缩乙醇通常也由通过燃烧化石燃料提供动力。另外，所述提取工艺可以包括操作由不可再生的燃料来源提供动力的机械设备。
[0017]基于上述实例，确定产物的可再生特性不仅仅包括考虑产物本身的碳和能量来源。通过燃烷基于玉米的乙醇产生的CO2对应于在玉米生长期间从环境中提取的碳原子。然而，制得基于玉米的乙醇包括多种其它CO2排放源。除了动力耕作和加工设备之外，所述发酵工艺通常还包括燃烧显著量的燃料。所有这种另外燃料燃烧都由不可再生来源产生C02。结果，即使通过燃烷基于玉米的乙醇产生的CO2具有可再生特性，但在所述乙醇燃烧之前产生显著量的不可再生的co2。如果考虑该另外的不可再生的CO2,则所述基于玉米的乙醇的表观可再生 特性降低。类似地，显然由玉米常规产生乙醇包括来自不可再生能量来源的大量输入。这降低来源于基于玉米的乙醇的能量的可再生特性。
[0018]在由生物源产生可再生产物的道路上仍然有多种障碍。解决的每个问题沿该道路提供另一步骤。针对与增加来源于藻类(或其它生物质)来源的燃料、润滑剂或其它产物的可再生特性有关的一个或多个问题，提供了解决方案。所述解决方案基于在增加的工艺集成下用于藻类生长和加工以提取产物的多种方法。所述增加的工艺集成可以包括增加在藻类加工期间使用的可再生输入的数量，改善在藻类加工期间产生的副产物的使用，将进料和/或工艺合并到基于另外形式的生物质的藻类加工中，或其组合。例如，在如此处所述的生物燃料生产工艺之中，集成能够提供如下的协同作用，其改善总体能量效率、降低从非生物(即，不可再生)来源排放CO2到大气中、改善能量输出与能量输入的比率和/或降低温室气体总生产量。
[0019]在本发明的特定方面，通过使用来源于生物源的试剂加工藻类或藻类产物来提供增强的工艺集成。在藻类生长期间，所述藻类将产生代表对于收获和分离所期望产物的一种或多种有机产物。通常，虽然由一些形式的藻类也可能生成更轻或更重的分子，但所述一种或多种所期望有机产物将基于馏出物沸程的分子。所期望有机产物分子可以适合直接使用，或者所期望产物分子可以经历另外的加工以制得燃料、润滑剂或其它产物。期望的产物分子的任何其它加工都可能产生具有较低沸点或较高沸点的产物。例如，来自一些类型的藻类的所期望产物为脂肪酸(FA)或三酰基甘油酯(TAG)。可以通过组合脂肪酸与含有一个或多个醇基团的分子而将所述脂肪酸转化成较高沸点的脂肪酸烷基酯。类似地，可以使来自藻类来源的馏出物沸程的分子异构化或裂化以形成较低沸程的产物。
[0020]在从藻类样品提取所期望产物之后，残留生物质的一部分将被留下。该残留生物质通常将包括可发酵材料或潜在可发酵的材料。该残留生物质还可以含有如下的材料，其可以在需氧或厌氧消化中加工以形成例如甲烷或氢气的其它产物。可发酵材料的量可以根据提取所期望产物的条件而变化。在一些情况下，在所述残留生物质中(潜在)可发酵材料的量或重量％可能太低，以致于对于发酵工艺在经济上并不可行。 [0021]当在所述残留生物质中存在足够的可发酵材料时，使所述残留生物质的至少一部分发酵可以产生一种或多种类型的含氧物质。可选地，可以使用其它类型的生物质来产生含氧物质。可以使用例如醇或有机酸的这些含氧物质来辅助所述藻类加工的各部分。使用所述含氧物质的实例包括用作从藻类中提取产物的试剂、用作将潜在可发酵的残留产物材料转化成可发酵材料的试剂或用作使馏出物沸程分子转化成另一形式的试剂。由可再生材料产生另外的试剂，增加了最终产物的总体可再生特性。
[0022]本发明的另一方面，提供降低合并到产物中的非生物CO2的量的解决方案。为了实现合乎需要的生长速率，除了大气CO2以外和/或代替大气CO2，常规藻类生长系统通常包括CO2来源。遗憾的是，该另外的CO2来源常来源于化石燃料的燃烧，例如来自发电站或炼油厂的排出的CO2料流。提供降低或消除藻类生长所需要的不可再生CO2的量、同时仍然维持合乎需要的藻类生长速率的方法。
[0023]降低非生物CO2的量还可以降低在藻类生长和加工期间产生的温室气体的总量。在藻类加工期间用于制得含氧物质的发酵工艺代表CO2的来源。如果允许来自发酵的CO2逸散，则其代表损失的CO2,该CO2再次进入环境，而没有贡献作为燃料的价值。捕集该CO2并使其再循环提供了降低藻类生长所需要的不可再生CO2的量的方法。在更大的规模上，可以使用来自其它生物质加工的co2。例如，藻类加工系统可以位于用于另一类型生物质的加工系统例如酿酒厂的附近。由来自共位的设备的发酵(或其它工艺)产生的CO2可以提供藻类生长所需要的一些或全部co2。这增加了来源于藻类生长和加工的产物的可再生特性。这也降低了来自共位的工艺的CO2排放。
[0024]例如，糖(来自任何来源)通过酵母菌向乙醇的转化取一分子的化学计量的C6H12O6并将其转化成两个C2H5OH分子(乙醇)和两个CO2分子。这两个CO2分子通常损失到环境中。结果，由糖的最初生物源(例如，玉米淀粉或藻类生物质)固定的总碳的三分之一损失到环境中。不使该碳损失到环境中，本发明允许该碳再循环以用于藻类生长，最后转化成燃料或其它产物。这增加了藻类生长工艺的总碳效率，同时降低了温室气体的生产量。
[0025]交换CO2是如何可以集成产生可再生产物的多个工艺的一个实例。同样可以使用其它类型的工艺集成。一些工艺集成选项涉及将另外的非藻类生物质引入藻类加工系统中。其它工艺集成选项可以允许在工艺之间交换热、给料或试剂。
[0026]工艺集成的又另一潜在优势在于降低在藻类生长中肥料的使用。除了碳之外，藻类还需要氮、磷和多种痕量的矿物作为生长用营养素。来自藻类生长和加工的许多期望产物为不包含氮、磷或痕量金属的烃。因为氮、磷和痕量矿物并没有合并到产物中，所以这些潜在营养素可以在生长更多藻类的过程中再次使用。
[0027]工艺集成的再另一潜在优势在于通过在工艺之间集成热和/或机械能而改善能量使用。许多生物燃料工艺需要热来实施预处理。一个实例是通常在50°C至80°C下实施的淀粉和纤维素的酶水解。在未集成的设施中，用于维持加工温度的热通常由通过燃烧化石燃料来提供。然而该工艺需要的热可由通过使用来自藻类水热加工的低水平废热来提供。也可以将类似类型的热交换用 于在低于100°C的温度下进行的蒸馏。除了改善的热交换之外，为了产生热而进行的任何燃烧都可以由在残留藻类生物质厌氧消化期间产生的废气来提供动力。此类厌氧消化还提供CO2以便再循环到藻类生长阶段。任选地，在用于加工两种不同类型的生物质的系统之间也可以使用热交换。
[0028]本发明的另一方面，另外的工艺集成可以通过使用气化加工残留生物质和/或其它类型的生物质来实现。气化通常涉及将进料暴露于如下环境中的高温，其具有比完全燃烧进料所需要的O2少的02。这产生多种产物，包括NH3、CO2, CO和h2。通常还产生固体气化残留物。NH3和CO2可以作为用于藻类生长和/或其它类型生物质生长的营养素而分离出来。CO和H2可用作例如甲醇生产或费-托合成的多种工艺的进料。可选地，可以通过各种微生物将CO和H2直接发酵成乙醇或其它小含氧物质。甲醇可用作用于合成脂肪酸甲酯(FAME)的试剂并且也可以用于生产其它化学品或汽油。除了提供烷烃之外，费-托合成工艺还产生如下的水性副产物，其包括如下组分的混合物:含氧物质，例如醇，和含有I至3个碳原子的有机酸。在所述副产物中的含氧物质可以在藻类或其它生物质水热加工期间作为试剂使用。所述气化残留物可以经历另外的加工，例如酸洗，以允许回收在所述气化残留物中存在的磷、痕量金属和任何其它营养素。虽然需要高温来对生物质进行气化，但气化可以改善再循环在生物质输入中存在的大多数或所有材料的能力。这允许降低温室气体的产生以及降低藻类生长和/或其它生物质生长所需要的营养素的量。另外，可以将富CO2的气体料流用作藻类池的进料。该CO2气体料流可以对应于初始或在气化和之后工艺的多种阶段期间产生的C02。可以将残留气体料流(例如，4和/或CO)燃烧产生热和/或功和在组合工艺的其它部分中使用。
[0029]定义[0030]“馏出物沸程”在此处定义为包括如下的分子，其在约212 T (IOO0C )至约1100 0F (5930C )、优选约 250 0F (121°C )至 750 0F (399°C )、更优选约 300 0F (149°C )至约700 T (371°C)下沸腾。也可以使用在该定义内的较窄范围，以满足例如柴油产品规格或喷气燃料产品规格的产品规格。应注意，藻类也可以在生产所期望馏出物沸程分子之前、期间或之后生成在馏出物沸程之外的产物。在所述馏出物范围之外的所述产物可以包括石脑油(汽油)沸程分子或沸点在所述馏出物沸程之上的分子。更一般地，所期望产物潜在地包括由藻类产生的任何方便的有机物种。合适类型的有机分子包括没有官能团的分子(例如，烷烃)以及具有一种或多种类型的官能团的分子，例如醇、胺、有机酸、其它杂原子官能团、烯烃、芳族化合物或其它不饱和官能团。由藻类产生的期望产物可以在不另外加工的情况下使用。可选地，可以使用另外的加工以将所期望的藻类产物转化成其它分子，所述分子可能包括具有不同沸程的分子或具有类似沸程但具有改善的性质的分子。转化的产物也可能适合用于或共混至较轻组分用汽油，或者用于或共混至用于比优选馏出物沸程重的分子的润滑剂。
[0031]“燃料产物”在此处定义为适合直接或在任选的另外加工之后用作燃料的产物。
[0032]“燃料共混产物”在此处定义为适合直接或在任选的另外加工之后共混至燃料的
产物。
[0033]关于燃料或燃料共混产物，对应于满足对于燃料产物或燃料共混产物中的至少一种的定义的产物。应注意，燃料产物或燃料共混产物并非必须作为燃料产物或燃料共混产物使用以满足该定义。而是，该定义确定适合作为燃料产物或燃料共混产物的产物。例如，乙醇例如通过作为汽油用燃料共混产物使用而适合用作燃料产物或燃料共混产物。乙醇还适合其它用途，例如在水热加工或溶剂提取期间促进从藻类中提取产物。在一些情况下，从根据本发明的方法产生的乙醇将用于产物提取或用于除作为燃料使用之外的其它用途。根据此处的定义，即使这种乙醇用于不同的用途，但仍将其视为燃料或燃料共混产物。
[0034]“水热加工” (hydrothermal processing)通常是指在水存在下在高温和高压条件下处理藻类。可以任选在氢气、催化剂和/或例如一种或多种醇或酸的另外试剂存在下进行水热加工。在下文中更详细地描述合适的水热加工条件。不是“水热加工”的其它可能的提取方法包括溶剂提取、吸收、吸附、空化(cavitation)、细胞溶解和沉降。
[0035]“营养素”为适合用于支持藻类生长的碳、磷、氮和痕量金属的来源。应注意，关于含有营养素的试剂料流，可以指示仅存在碳、磷、氮或痕量金属中的一种。所述痕量金属可以根据所生长藻类的类型和/或用于产生所述营养素的生物质的类型而变化。如果无法得到营养素的生物质源，则可以利用多种类型的肥料来供应营养素到藻类生长池。
[0036]“藻源生物质”(algal derived biomass)或“藻-源生物质”(algal-derivedbiomass)被定义为如下的生物质,其含有藻类和/或含有通过对藻类生物质实施一个或多个加工步骤而产生的化合物。
[0037]“非藻类生物质”或“非藻类的生物质”被定义为如下的生物质，其不含藻类和/或通过对不含藻类的生物质实施一个或多个加工步骤产生的化合物。在此处提到的非藻类生物质的来源可以包括任何方便的生物质来源。合适的来源包括植物生物质来源(包括纤维素和木质纤维素来源)和动物生物质来源。生物质的其它非藻类来源包括废物来源,例如城市固体废物(MSW)。例如，城市固体废物可以经由发酵加工以形成合成气。所述合成气然后可以例如用于生成在藻类加工中使用的乙醇。
[0038]“含氧物质” (oxygenate)是具有4个或更少碳的包含至少一个如下官能团的任何有机分子，其含有氧原子，例如醇、有机酸、醛、酮等。含氧物质的具体实例包括乙醇、甲醇、丁醇、异丁醇、乙酸乙酯、丙酮和乙酸。
[0039]“发酵”通常是指使用细菌或酵母菌将有机原料转化成醇或有机酸。这包括如下两者:生成单一含氧物质物种的发酵，以及多级或多产物发酵路径，例如丙酮-丁醇-乙醇(ABE)路径。典型的原料包括糖类物(saccharide)或其它糖(sugar)。由所述细菌或酵母菌消耗的糖类物或糖可以来源于较大的分子，例如淀粉、纤维素或其它多糖。在被所述细菌或酵母菌消耗之前，所述较大的分子通过水解或另外的机械、化学或酶促预处理工艺转化成可发酵的糖类物或糖。
[0040]术语“可发酵的材料”在此处广泛定义为包括可以通过水解或另外合适的预处理工艺转化成可发酵材料的例如多糖的材料。
[0041]“消化”在此处是指在厌氧环境中将含有有机材料的进料暴露于细菌的过程。所述细菌将所述进料材料转化成适合进一步使用的消化产物。典型的消化产物包括氢气，挥发性有机小分子，例如甲烧、CO2,和含有磷、氮和/或痕量金属的多种化合物。所述氢气和有机小分子通常适合用作燃料，而CO2及其它残留化合物可以作为营养素被再循环至藻类生长池。
[0042]如上文所指出的，一种潜在的营养素来源是由生物质来源产生营养素。在加工以提取所期望产物之后和任选在发酵以制得含氧物质之后，将保留残留生物质的一部分。该残留生物质的一部分通常将对应于处于某一形式的磷化合物、氮化合物及其它痕量金属。该残留生物质可以通过厌氧消化工艺转化成适合用作营养素的形式。
[0043]气化是转化残留生物质的另一选项。气化产生多种气相产物，例如CO2和册13。在气化期间的多个阶段产生的富CO2料流适合引入藻类池中以促进藻类生长。气化具有耐受多种给料的优势。合适的气化进料可以包括但不限于作物残留物、藻类残留物、城市固体废物和原始木质纤维素来源。气化通常还产生含有其它生物质残渣例如磷和痕量金属的残留气化固体。气化另外的潜在益处在于使用气化作为热或能量来源。虽然气化需要高温以能够实现气化反应，但气化工艺通常是放热的。在气化期间释放的能量可以用作用于其它工艺的热，或者可以捕集所述热并将其转化成电力或另外类型的能量。可以将该该能量捕集以维持在池中的最适宜藻类生长温度，该池中平均温度低于所述最适宜生长温度。另外或可选地，该能量可以用于提供热到水热工艺或其它工艺。这样的热集成改善藻类加工的效率且因此改善总体生物燃料输出。
[0044]任选地，消化或气化工艺可另外包括对于磷、氮和/或痕量金属化合物的后处理。例如，后处理酸洗可以改善此类化合物的营养价值以便在未来的藻类生长中使用。所述工艺将采用出售形式的无机营养素且使得所述营养素可溶于水并可生物利用。所述水溶性且可生物利用的营养素因此适合再次引入藻类生长池或潜在地作为用于生长其它作物的肥料。
[0045]在产物提取中集成使用含氧物质
[0046]增强从藻类中提取/生产产物的工艺集成的一种方法是产生含氧物质以便在加工藻类(或其它生物质)中作为总体藻类加工系统的一部分使用。例如，如果使用水热加工来从藻类提取所期望产物分子，则加入醇和/或有机酸可以增强提取工艺。所述醇或有机酸也可以在藻类加工系统中的多个位点处用作溶剂。醇提取提供从藻类提取产物分子例如馏出物沸程分子的另一可选方案。又另一选项是在提取所期望产物材料之后使用醇、酮、醛或有机酸作为用于分解残留生物质的工艺的一部分。虽然分解残留生物质并不直接引起燃料生产(和/或其它产物生产)增加，但残留生物质的水解促进CO2和/或营养素最后再循环到藻类生长中。这减少了废物且增加了由藻类加工产生的产物的总体可再生特性。
[0047]图1显示包括用于进行从藻类来源集成回收所期望产物的多种选项的系统。如在图1中所显示的系统允许来自产物提取的残留生物质用于产生含氧物质例如乙醇或乙酸。所产生的醇或酸任选用作用于产物提取工艺的试剂。可选地，在发酵之前使产生的含氧物质再循环到用于分解残留生物质的水解工艺。在任一选项中，使来自发酵工艺的剩余的不溶产物和CO2再循环以在另外藻类的生长中使用。以下提供在图1中所示的系统的综述。在本文中稍后提供包括变体的个别工艺的更详细的描述。
[0048]在图1中，一个或多个藻类生长池110允许藻类生长且形成所期望产物。生长池110接收多种输入。图1显示由该系统用于加工藻类的其它部分产生的输入。这些输入包括水料流101和水料流151、营养素料流162和营养素料流172及CO2料流144。取决于藻类生长及产物回收系统的构造，所有这些料流都是任选的。如果需要，则该藻类生长池可以任选供应有来自外部来源的另外的水、营养素和/或C02。外部来源的实例包括作物残留物(例如，来自在生物燃料生产中未直接涉及的作物的残留物)或未在动物饲料生产中使用的残留生物质。
[0049]当期望在产物提取用池中加工藻类时，该藻类初始例如通过使用离心机105脱水。离心机105产 生藻类和产物料流106 (具有降低的水含量)和侧水料流107。侧水料流107可以储存在储水槽108中，直至生长池110准备接收作为水料流101的另外的水。可选地，侧水料流107可以直接返回到生长池例如生长池110中。应注意到，藻类和产物料流106可能仅含有进入离心机105的藻类和产物的一部分，因为一些藻类和产物可能与侧水料流107 —起返回生长池110中。降低来自生长池的藻类的水含量的方法的其它实例包括但不限于使用日光、旋转干燥器、快速干燥器、真空干燥器、烘箱、冷冻干燥器、热风干燥器、微波干燥器和过热蒸汽干燥器。
[0050]具有降低的水含量的藻类和产物料流106然后暴露于加工条件下以便在油回收工艺120中提取所期望产物。合适的油回收工艺120的实例包括水热加工和醇提取。也可以任选在另外加工容器128的产物之后用由在储存容器128中发现的藻类产生的产物(例如，燃料或燃料共混产物)进行提取。在一些情况下，在油回收工艺120中使用的醇和/或有机酸作为在该系统内由稍后工艺产生的输入料流156而进行提供。在油回收工艺120之后，将排出物124传送到分离器125。将一部分排出物124分离出来以形成料流126。料流126包含一种或多种所期望产物的至少一部分(优选至少大部分)。优选所述一种或多种期望产物包含适合用作燃料或燃料共混产物的分子。所述一种或多种期望产物的至少一种可以为馏出物沸程产物。在图1中，将料流126传送到储槽128中以等候对所述一种或多种产物的进一步加工，例如进一步精制、纯化或其它改性。可选地，料流126可以直接传送到后续工艺中。排出物124的剩余部分作为残留料流129离开分离器125。该残留料流可以包含多种材料，包括藻类外壳及在回收所期望产物之后剩余的其它过量固体。残留料流129由于实施该分离的实际限制还可能包含馏出物沸程产物的一部分。在图1中所示的系统中，选择油回收工艺120的条件以使得残留料流129含有足够量的淀粉、糖类物、多糖及其它(潜在)可发酵的化合物，以使得后续发酵工艺合乎需要和/或经济上可行。应注意，残留料流129可以仅对应于来自油回收工艺120的残留产物的一部分。其它残留产物可在没有示出的其它料流中离开油回收工艺120。
[0051]在图1中，将分离器125 (以及分离器135、145和175)显示为单个分离器。这是为了便于解释如在图1中所述的本发明。然而，此处所述的分离器中的任一个都可以代表一个或多个分离器。例如，分离器的一些输入流可以具有超过2个的不同相，例如气相、水相、有机或其它非极性相和/或固相或者任何上述相中的多个。实施所期望分离可能需要一系列分离器以由输入料流生成所期望的输出流。应理解的是，关于使用分离器，也包括使用多个分离器。可作为多个分离器的一部分使用的可能的分离器包括气-液分离器、液-固分离器(例如，沉降槽或离心机)和用于分离不混溶或部分混溶的液相的分离器。
[0052]残留料流129可以转化成可在该系统中其它位置用作输入的一种或多种料流。为了开始该转化，将残留料流129传送到水解工艺130或另外类型的发酵预处理工艺中。然后对该残留料流进行预处理以释放可发酵的材料。水解工艺130可以代表化学水解工艺、酶促水解工艺或其组合。优选地，水解工艺130可以包括使用由在该系统中的另外工艺提供的醇或有机酸157。水解工艺130 (或其它发酵预处理工艺)产生适合发酵的水解多糖的水溶性产物及其它水解的可溶性化合物。水解工艺130还产生不溶性副产物。对于水解工艺130显示的输出仅是代表性的，且还可产生另外的水溶性产物和/或不溶性副产物料流。
[0053]然后将来自水解工艺130的水解产物134传送到分离器135中。当然，如果使用另外类型的预处理，则将来自该可选类型的发酵预处理工艺的产物传送到该分离器中。分离器135将该水解产物分离成水溶性产物136和不溶性副产物138。在进一步加工之前，可以任选储存137该不溶 性副产物。应注意到，水性的水解产物136也可包含不可发酵的材料。类似地，一部分可发酵材料可能保留在不溶性副产物138中。
[0054]然后将至少一部分水溶性产物136传送至发酵罐140中以将水解的可溶性化合物(例如，糖类物)转化成含氧物质例如醇、醛、酮或有机酸。该发酵以任何方便的方式进行实施，例如通过使用酵母菌或另外的发酵剂例如细菌、蓝藻细菌或其它微生物进行实施。所述发酵剂可以为天然存在的、传统改性或转基因的以基于效率或产物物种形成的增益而改善发酵工艺。所述水解的可溶性化合物的发酵导致产生含氧物质、CO2和可能地一些不溶性副产物。将这些发酵产物传送至分离器145中。将至少一部分CO2捕集在CO2储槽149中，可以将其用于产生CO2料流144以便在另外藻类的生长中使用。将至少一部分不溶性副产物148捕集在槽147中以便进一步加工。副产物148也可以潜在地加到由总体集成工艺生成的动物或鱼类饲料中。此外，应注意到，分离方面的实际限制可能导致含氧物质保留在不溶性副产物148中。
[0055]然后将来自发酵140的含氧物质产物蒸馏150以产生在水性环境中更浓的含氧物质产物。可以将所得浓缩的含氧物质料流储存154以便在以后使用。可选地，在储存之前可以将浓缩的含氧物质料流另外加工以将在发酵期间形成的含氧物质转化成其它产物。然后在任选的进一步加工之后，可以将浓缩的含氧物质料流用作在该系统中其它工艺的输入。例如，可以将一部分含氧物质用作用于油回收120的输入料流156。另外或可选地,可以将一部分含氧物质用作用于水解130的输入料流157。蒸馏150还产生另外的水，在进一步使用之前，例如使该水作为用于藻类生长池的输入料流151再循环之前，任选可以将该另外的水储存152。任选地，可以使用蒸馏150以分离在该水性环境中存在的其它水溶性产物。例如，该水相通常将包含蛋白质、氨基酸或其它不可发酵的材料，其具有作为该加工系统的其它部分的输入料流的价值。可以将这些材料从该水相中分离以便用作营养素或用于其它目的。
[0056]除了产生在该系统中使用的含氧物质和使水再循环之外，也可以加工在该系统中产生的不溶性副产物以允许营养素再循环。不溶性副产物138和148可以以多种方式进行加工以回收营养素。一种选项是使用酸洗160以从至少一部分副产物中提取营养素例如氮、磷和金属。这产生营养素料流162，在将营养素料流162传送到藻类生长池之前，任选可以将其储存164。另一选项是使用厌氧消化器170以加工不溶性副产物的至少一部分。这可以产生可包含甲烷和/或氢气的气相产物176。任选可以储存177气相产物176以便将来用作燃料，例如产生用于该系统的热的燃料。任选还可以产生包含CO2的第二气相产物178。可以将含CO2的产物178再循环到藻类生长系统，储存以便将来使用，或以任何其它方便的方式另外加工。可以将气相产物176和含CO2的产物178从剩余营养素料流172中分离175。在图1中，为了便于描述本发明，气相产物176和含CO2的产物178显示为从分离器175出来的单独料流。然而，气相产物176和含CO2的产物178可以从分离器175中作为单一料流出来，然后将其进一步加工以形成单独的料流176和178。在传送到藻类生长池之前，任选储存174营 养素料流172。
[0057]在生物柴油提取中合并另外的生物质和使用含氧物质
[0058]可以使用另外类型的生物质以补充产生的所期望产物(例如，馏出物沸程产物)的量和/或补充可在该系统中利用的可发酵材料的量。在图1中所示的实例中，生物材料的唯一来源是来自该藻类生长池的藻类。任何合适类型的藻源生物质都将生成一些产物分子，产生一些残留生物质，并提供一些营养素和CO2以便再循环到藻类生长中。然而，对于典型的藻类，预期将需要一些另外量的含氧物质、营养素和/或CO2以维持连续生长和收获循环。例如，仅仅从物料平衡的观点来看，藻类生长和加工系统的目的在于产生产物分子，例如适合在燃料中使用的分子。此类分子从藻类中提取并离开该系统以便任选的进一步加工。这些分子运载碳离开该藻类生长和加工系统。为了该系统的持续操作，必须引入另外的碳源。
[0059]由系统产生的含氧物质的量可以是所考虑的另一因素。产生所期望量的产物材料的藻类菌株在发酵后未必还产生大量的含氧物质。一种选项可以是改进对于藻类样品的加工条件以平衡产物分子的提取与含氧物质的生成。然而，该类型的平衡可能降低适合用作燃料产物、燃料共混产物或另外类型产物的分子的产率。
[0060]另一可选方案是将另外的生物质加到该加工系统中。可以加入任何方便类型的生物质。一种选项是加入也产生合乎需要的产物分子的另外类型的生物质。例如，藻类加工系统可以位于用于基于植物的油例如豆油、菜籽油或棕榈油的加工设备附近。在该类型的实例中，用于该基于植物的油的进料的一部分可以转向至该藻类加工系统且与藻类共同加工。除了提取植物油之外，在加工之后来自植物材料的剩余材料将提供用于形成含氧物质或其它溶剂、产生CO2和/或产生营养素的另外的残留生物质。从来自植物油加工的残留生物质回收的另外的CO2和/或营养素，可以用于增加由该藻类加工系统产生的所得生物柴油的总体可再生特性。还可以共同加工产生馏出物沸程材料的其它类型的生物质，例如籽型生物质。
[0061]另一选项是加入主要旨在增加可发酵材料的量的生物质。在该类型的选项中，使用生物质的潜在可发酵内容物以提供用于含氧物质生成和CO2/营养素产生的另外材料。例如，目前将玉米用作用于生成作为可再生燃料的乙醇的原料。不是直接使用乙醇作为燃料，而是可以将由玉米产生的乙醇用作用于提取并加工由藻类产生的燃料或燃料产物分子的补充试剂。因此可以将该燃料或燃料产物分子(例如，馏出物沸程分子)直接用作燃料或在另外的加工或共混之后用作燃料。通过使用藻类作为产生燃料的主要来源，同时使用玉米提供补充试剂，每能量单位的燃料所需要的玉米的量大幅降低。这是有利的，因为可以使用在其它方面低价值的土地生长藻类，而玉米通常在高价值的耕地上生长。这提供将来源于非藻类生物质来源的试剂(来自加工玉米的含氧物质)合并到用于加工藻类的系统中的实例。在这些工艺之间另外的集成可以通过如下方式来实现:使用由藻类产生的燃料，作为用于由玉米形成含氧物质的发酵和/或蒸馏工艺的燃料来源。一种选项是使用自藻类收获的产物分子。更具吸引力的选项是使用来源于藻类的厌氧消化的甲烷和/或氢气作为用于含氧物质生成的燃料气。
[0062]更一般地，使藻类加工系统位于用于加工另外类型的生物质的设备附近，提供多种协同作用。可以将原料或来自一种类型的加工设备的部分加工的材料传送至另一设备。这可以允许例如提供作为初始输入的纤维素材料，提供用于促进藻类加工的含氧物质，提供促进另外的藻类生长的具有可再生性质的另外CO2，在加工系统之间交换燃料、热能和/或机械能，或在加工设备之间的任何其它方便类型的协同作用。使这些设备接近还降低传输和加工各种类型的生物质所需要的化石燃料的使用。
[0063]生物质通常含有显著量的三种类型的材料。这三种材料为纤维素材料、半纤维素和木质素。馏出物沸程分子、含氧物质和/或其它产物分子通常来源于纤维素材料。木质素更加难以加工且常由于燃烧值而燃烧。可以通过燃烧木质素产生能量、同时捕集生成的CO2用作藻类生长的输入来增加总体碳效率。常由半纤维素生成的5碳糖通常以较低的效率且在显著未转化材料剩余的情况下转化成乙醇。可以将未转化材料的剩余部分燃烧以提供热和C02。该热可以由该藻类加工系统的其它部分使用，例如用于蒸馏或水热加工。该0)2可以用作另外的藻类生长的输入。
[0064]图2显示包括用于实施集成的产物回收的多种选选项的系统。在图2中所示的系统中，使用两种生物质来源。一种生物质来源是一个或多个藻类池210。另一种生物质来源280可以为除诸如一个或多个藻类池210的藻类来源以外的任何方便的生物质来源。这可以包括任何上述的非藻类生物质类型。
[0065]在将生物质引入油回收工艺220或水解工艺230之前，可以使用初始工艺以改性来自生物质来源280 的生物质。可以使用物理加工器285以将生物质转化到更易于在后续加工中使用的粒度。例如，可以使植物生物质(例如，纤维素或木质纤维素生物质)穿过研磨机、切碎机、螺旋压榨机或其它物理加工器285以降低和/或改进生物质的粒度。此类物理工艺也可以帮助从残留材料中分离油。如果油回收工艺220对应于干式工艺，则也可以干燥(未示出)物理改性的生物质286以除去过量的水。如果对于油回收使用水热加工或醇提取，则这样的干燥步骤是任选的且可能不需要。也可以任选将物理改性的生物质286制粒。
[0066]可以将其它化学和/或酶促方法用作物理改性的可选方法，或者除了物理改性之外，还可以使用其它化学和/或酶促方法。改性生物质的化学方法使用如下的化合物或混合物，其分解细胞的结构成分和/或溶解细胞。合适的化学品包括酸(例如，盐酸、硝酸、乙酸、硫酸或磷酸)、碱(例如，漂白剂、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钙、氢氧化钙、固态催化剂或氨)、洗涤剂和低渗或高渗溶液。改性生物质的酶促方法使用如下的任何酶或酶混合物，其分解细胞的结构成分和/或溶解细胞。
[0067]图2显示可以如何将物理改性的生物质引入该系统的藻类加工部分中的两种选项。可以使用这些选项中的一种或两种。一种选项是将物理改性的生物质286引入油回收工艺220中。第二选项是将物理改性的生物质286引入水解工艺230中。为了改善该图的易读性，没有显示完全连接的线。而是仅显示来自物理加工器285的输出和进入油回收220和水解230的输入。
[0068]在将物理改性的生物质引入油回收工艺220的选项中，在油回收工艺220中将物理改性的生物质286暴露于与用于从藻类提取油的相同的加工条件下。任选地，如果油回收工艺220代表间歇或半间歇式工艺，则可以在将藻类和产物料流206引入油回收工艺之前或之后将物理改性的生物质286弓丨入该油回收工艺220中。在进行油回收工艺220之后，将排出物传送至分离器225中。将对应于所述一种或多种所期望产物的至少一部分(优选多数部分)的料流226传送至储槽228中(或直接传送至后续工艺中)，同时将残留料流229传送至水解器230中。所期望产物可对应于馏出物沸程分子、在任选另外的加工之后适合在燃料或燃料共混产物中使用的分子或任何其它所期望产物。如在图1中的，其它残留产物可以在没有示出的其 它料流中离开油回收工艺220。
[0069]如果将物理改性的生物质286引入油回收工艺220中，则所期望产物料流226将包含基于藻类和产物料流206和物理改性的生物质286两者的产物分子。将物理改性的生物质286引入油回收工艺220因此将导致回收油的总量增加。类似地,残留料流229将包含对应于残留藻类材料和残留非藻类生物质材料两者的残留生物质。这意味着更多的残留生物质可用于水解230和后续发酵240以形成CO2和含氧物质。这还产生更多的不溶性副产物238和248以用于产生再循环到藻类生长池210中的营养素。在将物理改性的生物质286直接引入水解工艺230中的第二选项中，另外的生物质将被引入水解工艺230中，而没有直接加到在所期望产物料流226中的材料中。
[0070]在图2所示的系统中，将残留料流229转化成可用作在该系统中其它位置处的输入的一种或多种料流。为了开始该转化，将残留料流229传送至水解工艺230或另外类型的发酵预处理中。水解工艺230可以代表化学水解工艺、酶促水解工艺或其组合。优选地，水解工艺230可以包括使用由在该系统中另外的工艺提供的醇或有机酸257。水解工艺230产生水解多糖的水溶性产物和适合发酵的其它水解的可溶性化合物。水解工艺230还产生不溶性副产物。水解工艺230的输出仅是代表性的，且可能产生另外的水溶性产物和/或不溶性副产物料流。
[0071]然后将来自水解工艺230的水解产物234 (或来自另外的发酵预处理的产物)传送至分离器235中。分离器235将该水解产物分离成水溶性产物236和不溶性副产物238。在进一步加工之前，可以任选储存237该不溶性副产物。应注意到，水性水解产物236还可以包括不可发酵的材料。类似地，一部分可发酵材料可能保留在不溶性副产物238中。
[0072]然后将水溶性产物236传送至发酵罐240中以将水解的可溶性化合物(例如,糖类物)转化成含氧物质例如醇或有机酸。该发酵以任何方便的方式进行实施，例如通过使用酵母菌或另外的发酵剂例如细菌、蓝藻细菌或其它微生物进行实施。这些发酵剂可以为天然存在的、传统改性或转基因的以基于效率或产物物种形成的增益而改善发酵工艺。所述水解的可溶性化合物的发酵导致产生含氧物质、CO2和潜在地一些不溶性副产物。将这些发酵产物传送至分离器245中。将至少一部分CO2捕集在CO2储槽249中，可以将其用于产生CO2料流244以便在另外藻类的生长中使用。将至少一部分不溶性副产物248捕集在槽247中以用于另外的加工。副产物248也可以潜在地被加到由总体集成工艺生成的动物或鱼类饲料中。此外，应注意到，分离方面的实际限制可能导致含氧物质保留在不溶性副产物248 中。
[0073]然后将来自发酵240的含氧物质产物蒸镏250以增加在水性环境中含氧物质的浓度。可以将所得浓缩的含氧物质料流储存254以在以后使用。可选地，可以将浓缩的含氧物质料流另外加工以在储存之前将在发酵期间形成的含氧物质转化成其它产物。然后在任选的另外加工之后，可以将浓缩的含氧物质料流用作在该系统中的其它工艺的输入。例如，可以将一部分含氧物质用作用于油回收220的输入料流256。另外或可选地，可以将一部分含氧物质用作用于水解230的输入料流257。蒸馏250还产生另外的水，在进另外使用、例如使该水作为用于藻类生长池的输入料流251再循环之前，任选可以将该另外的水储存252。任选地，可以使用蒸馏250以分离在该水性环境中存在的其它水溶性产物例如蛋白质、氨基酸或其它不可发酵的材料。这些材料可以从所述水相中分离以便用作营养素或用于其它目的。 [0074]除了产生在系统200中使用的含氧物质和使水再循环之外，也可以加工在系统200中产生的不溶性副产物以允许营养素再循环。不溶性副产物238和248可以以多种方式进行加工以回收营养素。一种选项是使用酸洗260以从至少一部分副产物中提取营养素例如氮、磷和金属。这产生营养素料流262，在将营养素料流262传送到藻类生长池之前，任选可以将其储存264。另一选项是使用厌氧消化池270以加工至少一部分不溶性副产物。这可以产生可包含甲烷和/或氢气的气相产物276。可以任选储存277气相产物276以便将来用作燃料，例如产生用于系统200的热的燃料。任选还可以产生包含CO2的第二气相产物278。可以使含CO2的产物278再循环到藻类生长系统，储存以便将来使用，或以任何其它方便的方式进一步加工。可以将气相产物276和含CO2的产物278从剩余营养素料流272中分离275。在图2中，为了便于描述本发明，气相产物276和含CO2的产物278显示为从分离器275出来的单独料流。气相产物276和含CO2的产物278可以从分离器275中作为单一料流出来，然后将其进一步加工以形成单独的料流276和278。在传送到藻类生长池之前，任选储存274营养素料流272。
[0075]包括残留固体气化的集成加工
[0076]增加由藻类或其它生物源产生的产物的可再生特性的一种方法，是更加完全地捕集和使用在生物质样品中存在的所有材料。从藻源生物质中提取馏出物沸程产物、燃料或燃料共混产物或另外类型的所期望产物，通常产生多种输出料流。至少一种料流将对应于来自藻类的一种或多种所期望产物。所期望产物可以直接使用或在进一步另外加工之后使用。至少一种其它料流将对应于不适合用作燃料产物或转化成燃料产物的残留生物质，例如藻类外壳、残留蛋白质、碳水化合物及其它材料。该残留生物质的性质将取决于生物质的原始来源和用于提取所期望产物的提取技术的类型而变化。增加捕集残留生物质和使残留生物质再循环到其它生物工艺的能力，可以降低由藻类或其它生物质产生产物所需要的外部输入的量。
[0077]在油回收之后，可以使用气化工艺以促进残留生物质的再循环。更一般地，可以使用气化以将任何类型的生物质或残留生物质转化成小分子产物和气化残留物。所述小分子产物通常适合多种目的，而所述气化残留物可以在另外的加工之后作为藻类营养物再循环。气化可以加工多种共进料，例如来自生物源和化石燃料来源两者的进料。这可以通过改善或优化所得气化产物的碳氢比、所得产物的燃料热值、合成气产物组成和/或其它气化工艺参数来改善气化工艺。另外，用于气化器的燃料的任何非生物源可以通过使气化器产物再循环到藻类生长工艺而产生较低的温室气体排放。
[0078]在气化工艺中，将残留生物质(和/或其它生物质)暴露于一系列加工环境，以将残留生物质转化成小分子产物和气化残留物。通过首先将残留生物质转化成合成气，然后使用后续加工以由合成气形成产物，来形成所述小分子产物中的一些。可以使用任何方便类型的气化程序。在气化程序的一个实例中，将生物质加热到约100°c以驱除在该生物质样品中的过量水。由该初始工艺产生的蒸汽稍后可以用作水煤气变换反应的一部分。接着，使在该反应环境中的温度在大气压下在极少量氧气或没有氧气的情况下升高到约200°c至约300°C。这驱除挥发性有机分子，同时将含碳化合物转化成煤焦(carbon char)。该煤焦的产生还可以产生一些低分子量烃，例如甲烷。该煤焦然后在大气压下在具有小于化学计量之量的氧气的情况下燃烧。燃烧温度可以最高达约1200°C (2200 T )或更高。这将该煤焦转化成CO和C02。任选地，如果在反应环境中存在蒸汽，则该碳可以与该蒸汽直接反应以形成仏和⑶。在燃烧期间产生的CO也可以经历水煤气变换反应以形成H2和另外的C02。在另一实例中，可以使用单级气流床(entrained flow)反应系统在最高达约200(TC (3600 0F )或更高的温度下实施气化。还可以采用包括焙烧和水热处理的多种燃料预处理方法。处理的选择通常将取决于所采用的气化技术和气化器的任何共进料的存在与否。可以将生物质作为细分离固体(finely divided solid)、预加工液体、部分挥发性材料或这些的任何组合来进料。
[0079]在该生物质中另外的杂原子在气化期间也转化成其它形式。例如，在该生物质中存在的氮在气化期间通常将转化成NH3和/或N2。在生物质中的其它常见营养素例如磷和痕量金属，并不形成在环境温度下作为气相的稳定产物。而是，在生物质中存在的磷和痕量金属通常合并到固态渣料或气化残留物中。
[0080]来自气化的各种产物可以分成几个产物组。在气化期间产生的NH3和CO2可以使用常规方法从剩余气相产物中分离。该NH3和CO2适合用作用于另外藻类生长的营养素。可选地，可以将该NH3合并到肥料中以用于其它类型生物质的生长。如果在气化期间产生N2且将其与其它气相产物分离，则该N2可以使用氨合成设备转化成另外的NH3。氨合成设备促进经由反应3H2+N2 — 2NH3产生氨。
[0081]也可以以多种方式使用在气化期间产生的H2和CO。一种选项是使用该H2和CO的一部分作为燃料气。在气化环境中产生的任何挥发性碳化合物例如CH4也可以用作该燃料气的一部分。
[0082]另一选项是将该CO和H2 (有时称为合成气)的一部分转化成一种或多种类型的有机分子。例如，可以将CO和H2用作用于甲醇生产的输入料流。可以使用任何方便的方法将CO和H2转化/合成为甲醇。使用CO和H2以生产甲醇提供进一步工艺集成的另一机会。可以将甲醇用作促进生物质的水热加工以提取油的试剂。可选地，可以将甲醇用作由生物质源产物形成脂肪酸甲酯(FAME)的工艺的一部分。一些常规炼油工艺已经适合使用FAME作为用于柴油燃料生产的进料的一部分。使用甲醇以将馏出物沸程化合物转化成FAME，提供了一种产生可以直接用现有技术使用的产物的方法。
[0083]又另一选项是使用CO和H2作为用于乙醇直接发酵的进料。多种微生物可以将CO和H2直接转化成乙醇。然后可以将该乙醇用作燃料、在藻类油提取中的溶剂或在藻类水热加工中的溶剂或形成其它产物的反应物。
[0084]再另一选项是使用该CO和H2的一部分作为费-托合成反应的进料。该费-托反应是在催化剂存在下将CO和H2转化成烷烃的常规已知的工艺。费-托产物的常规用途包括，产生适合在燃料中使用的分子，和产生用于产生聚合物或其它较大化合物的结构单元分子。通过费-托法产生的产物取决于催化剂的类型和所选择的其它反应条件。可以使用任何方便类型的费-托法，包括基于铁(“高温费-托”)催化剂或钴(“低温费-托”)催化剂的那些方法。费-托工艺通常将生成在本质上主要为链烷烃的产物。该产物适合直接使用或作为共混给料用作蜡、馏出物或石脑油，或者可以经由加氢处理步骤例如加氢异构化或加氢裂化成为这些产物之一。费-托工艺通常还将产生适合作为用于加热或产生电力的燃料的轻气体的一种或多种残留料流，以及适合用作藻类生长的进料的残留C02。另外地，该费-托工艺是放热的且可以提供能量(例如经由换热)到此处提到的任何单独的工艺步骤中，例如在气化 之前对生物质的加热、干燥或预处理。
[0085]通过使用气化和费-托反应器的组合，可以将残留生物质转化成多种潜在产物。这些潜在产物可以是直接产物，或用于进一步加工的产物例如聚合物结构单元。除了主要的烷烃产物之外，费-托反应将产生多种烯烃、醇及其它含氧物质。这些另外副产物的量和类型将取决于催化剂和反应条件而变化。可以将来自费-托加工的醇及其它含氧物质回收，以先前所述方式中的任何方式用作含氧物质，包括用作生物质水热加工的试剂。
[0086]图3显示包括用于从藻类来源集成回收一种或多种所期望产物的多种选项的系统。例如在图3中示出的系统使用来自产物提取的残留生物质作为气化的进料。可以将来自气化的输出集成以便以多种方式进一步使用。
[0087]在图3中，一个或多个藻类生长池310允许藻类生长且形成所期望产物。生长池310接收多种输入。图3显示由该系统用于加工藻类的其它部分产生的输入。这些输入包括水料流301、营养素料流362和含有CO2和/或NH3的料流374。取决于藻类生长及产物回收系统的构造，所有这些料流都是任选的。如果需要，则该藻类生长池可以任选供应有来自外部来源的另外的水、营养素和/或CO2。外部来源的实例包括在生物燃料生产中未直接涉及的作物残留物或未在动物饲料生产中使用的残留生物质。
[0088]当期望在产物提取用池中加工藻类时，将该藻类首先例如通过使用离心机305脱水。离心机305产生具有降低的水含量的藻类料流和产物料流306，和侧水料流307。侧水料流307可以储存在储水槽308中，直至生长池310准备接收另外的水作为水料流301。可选地，侧水料流307可以直接返回到生长池例如生长池310中。应注意，藻类和产物料流306可能仅含有所述藻类和产物进入离心机305的部分，因为一些藻类和产物可能与侧水料流307 —起返回生长池310中。
[0089]具有降低的水含量的藻类和产物料流306然后暴露于加工条件下以提取在油回收工艺320中的一种或多种所期望产物。所期望产物可对应于馏出物沸程分子、适合在任选另外的加工之后在燃料或燃料共混产物中使用的分子或其它类型的产物分子。
[0090]在一些情况下，将另外的生物质380引入油回收工艺320中以提取油。合适的油回收工艺320的实例包括水热加工和醇提取。通常，在将生物质引入油回收工艺320(或水解工艺330)之前，可以使用初始工艺以改性来自生物质来源380的生物质。可以使用物理加工器385以将生物质转化到更易于在后续加工中使用的粒度。例如，可以使植物生物质(例如，纤维素或木质纤维素生物质)穿过研磨机、切碎机、螺旋压榨机或其它物理加工器385以降低和/或改进生物质的粒度。这样的物理工艺也可以帮助从残留材料中分离油。在图3中，任选可以将非藻类生物质加到油回收工艺320 (经由物理改性的生物质料流384)中或加到气化工艺371 (经由物理改性的生物质料流386)中。如果油回收工艺320对应于干式工艺，则也可以干燥(未示出)物理改性的生物质384以除去过量的水。如果对于油回收使用水热加工或醇提取，则这样的干燥步骤是任选的且可能不需要。也可以任选将物理改性的生物质384制粒。应注意，在图3中，为了方便观察该图，没有以连续线显示料流384。
[0091]任选地，在油回收工艺320中使用的醇和/或有机酸作为由在该系统内稍后的工艺例如甲醇合成390产生的输入料流进行提供。可选地，在油回收工艺320中使用的醇和/或有机酸可以由另外的生物质加工系统，例如将玉米或甘蔗转化成含氧物质的系统提供。可以将在该玉米或甘蔗发酵之后的残留生物质用作用于气化的生物质输入380。
[0092]在油回收工艺320之后，将排出物324传送至分离器325中。分离出排出物324的一部分以形成料流326。料流326包含一种或多种所期望产物的至少一部分(优选至少大部分)。在图3中，将料流326传送至收集储槽328中以进一步加工。进一步加工的实例包括对产物的进一步精制、纯化或其它改性。图3显示以FAME合成工艺391的形式进一步加工馏出物沸程产物料流326的实例。在图3中所示的系统中，在料流326中的至少一些馏出物沸程产物对应于甘油三酯和/或对应于可以转化成甘油三酯的分子。在料流326中的产物可以与甘油三酯的其它来源398组合作为FAME合成工艺391的进料。所述甘油三酯与甲醇396组合以形成FAME产物，将该FAME产物储存394以在将来使用或加工。
[0093]排出物324的剩余部分作为残留料流329离开分离器325。该残留料流可以包含多种材料，包括藻类外壳及在回收所期望产物之后剩余的其它过量固体。残留料流329由于实施该分离的实际限制还可包含一部分馏出物沸程产物。应注意，残留料流329可以仅对应于所述残留产物来自油回收工艺320的一部分。其它残留产物可在没有示出的其它料流中离开油回收工艺320。
[0094]残留料流329可以转化成可在该系统中的其它位置用作输入的一种或多种料流。为了开始该转化，将残留料流329传送至气化器371中。另外的生物质380也可以经料流386引入该气化器中。该另外的生物质可以为未加工的生物质，或者可以将该另外的生物质预先加工以便于产物提取。另外的生物质380的实例包括啤酒糟或已经通过发酵进行处理以产生含氧物质的其它生物质，或者其它残留生物质，例如来自油回收工艺的残留生物质。任选地，在将生物质料流386引入气化器之前，将该另外的生物质粉碎385。可以使用任何方便类型的气化器，例如固定床气化器、流化床气化器或气流床气化器。气化器371产生传送至气相分离器375的气相产物。气化器371也产生固态副产物，将该固态副产物传送至固态副产物储罐376中。对于气化器371显示的输出仅为代表性的，且也可以产生其它气相或固态副产物料流。
[0095]在图3中所示的系统中，气相分离器375将来自该气化器的气相产物分离成至少两种料流。第一料流可以包含CO2和NH3中的一种或多种。通过任何方便的方法，例如对于NH3使用水洗和/或对于CO2使用胺洗,而将该CO2和NH3分离出。在图3中所示的系统中，将该CO2和/或NH3储存在储气罐379中以进一步使用，例如用作用于藻类生长的营养素374。弟二料流可以包含H2和CO中的一种或多种。在图3中所不的系统中，将该H2和CO储存在储气罐377中以进一步使用。图3显示H2和CO进料料流373作为甲醇合成390用输入的用途。任选储存392由甲醇合成390产生的甲醇以进一步使用。例如，可以将储存的甲醇用作用于FAME合成391的输入396。应注意，可以任选使用水煤气变换工艺以改进在来自气化器371的输出料流中C0、C02和H2的比率。另外，在气相分离器375中的分离可能不完全，从而部分H2和CO被包含在含有CO2和NH3的料流中，反之亦然。
[0096]作为在图3中所示构造的可选构造，可以对来自气化器371的气相输出实施不同类型的分离。例如，可以纯化该气相输出以从该气相输出中除去例如順3。然后，可以对于该料流的H2和CO含量，使用剩余气相料流。在该选项中，在来自该气化器的气相输出中存在的CO2在合成气料流中充当稀释剂。合成气的许多用途例如甲醇合成、费-托合成或用作燃料气可以容许在合成气输入料流中存在一些过量的C02。应注意，从该气相输出中除去的NH3可以任选作为用于藻类生长和/或用于其它生物质生长的肥料的生产的营养素而再循环。
[0097]然后将来自气化器371的任选储存的固态副产物376传送至酸洗360。酸洗360帮助来自气化器371的固态副产物转化成适合作为藻类生长用营养素使用的形式。将来自酸洗360的排出物传送至分离器365中。将来自酸洗360的排出物的水溶性部分分离出来，且任选地在作为营养素进料362使用之前储存364。营养素进料362通常将包含在生物质中发现的磷和痕量金属。还分离出了不溶性副产物366。
[0098]藻类加工和非藻类生物质加工的相互集成
[0099]适合本发明各方面使用的又另一类型的工艺集成将允许能量和/或产物在藻类加工系统和非藻类生物质加工系统之间双向转移。例如，可以将玉米用作用于生产乙醇或另外的含氧物质的原料。不是使用乙醇作为燃料，而是该乙醇可以用作用于从藻类中提取一种或多种所期望产物的试剂。这提供由非藻类生物质来源(来自玉米的含氧物质)产生试剂以用于自藻类产生所期望产物的实例。可以通过使用来自藻类加工的产物作为由玉米制造含氧物质的试剂或能源， 来实现另外的工艺集成。例如，在由基于植物的材料制造含氧物质中涉及的发酵和蒸馏工艺需要高于周围环境的温度。来自藻类加工的产物可以充当用于产生用于发酵和/或蒸馏工艺的热的燃料的至少一部分。一种选择是使用馏出物沸程产物或对应的成品燃料产物作为用于乙醇加工的燃料。潜在的更具吸引力的选项是提供甲烷或氢气料流作为燃料。在藻类加工期间残留生物质的厌氧消化通常产生甲烷和/或氢气作为消化产物。该甲烷和/或氢气产物可以转移到玉米加工设备以用作燃料。然后将由非藻类生物质来源生成的至少一种化合物用作用于由藻类生成所期望产物的试剂。另外地，来自该藻类加工系统的至少一种产物或能量输出被用作用于将非藻类生物质加工成燃料或化学产物的输入。在上述实例中，可以将来源于玉米的乙醇的一部分用作燃料，而将第二部分提供到该藻类加工系统。可以将多个藻类和/或非藻类加工系统共位，以使得传送试剂到藻类加工系统的非藻类生物质加工系统与从藻类加工系统接收产物或能量输入的非藻类生物质加工系统不同。可以将一部分低阶的热转移回藻类池中以维持生长用最适宜温度。通常，低阶的热源将具有低于300°C、更通常低于200°C、更通常低于100°C的温度。在其中平均温度比最适宜生长温度冷的气候中，低阶热的转移特别有利。
[0100]在图3中所示的系统显示如下的系统，其用于从藻源生物质提取产物，然后气化藻源生物质残留物以产生适合进一步使用或再循环的另外的材料。可以将非藻类生物质在多个位点处加到在图3中的系统，但与外部生物质来源和/或工艺的所述集成是任选的。在图3中所示的实例中，从藻类进料提取的至少一部分所期望产物(例如，燃料或燃料共混产物)对应于适合在制造FAME中使用的分子。然而，一些类型的藻类将制造不易于转化成FAME或另外类型的脂肪酸甲酯的产物分子。另外或可选地，可能需要使用来自藻类进料的提取产物用于另外的目的，同时制造基于不同生物质来源的FAME。
[0101]图4显示包括具有多种类型生物质加工的更大程度集成的藻类加工系统的一个实例。图4的多种类型的生物质可以为多于一种类型的藻类来源，或该多种类型的生物质可以包括至少一种藻源生物质来源和至少一种非藻类生物质来源。在图4中，使用藻类池410或其它藻类生长来源以提供藻源生物质的进料。将该藻类进料至少部分地脱水405。可以使过量的水407再循环到收集槽408中以最后使用，从而补充藻类生长池(或其它生长环境)480。然后从脱水的藻类进料406中提取420 —种或多种所期望产物。将所述一种或多种所期望产物的至 少一部分从油回收排出物424中分离出来425以形成所期望产物料流426。在进一步使用之前，任选可以储存428这种所期望产物的料流426。在图4中所示的系统中，产物料流426并不作为在图4中所示系统的一部分用以制造FAME。这可能出于多种原因中的任一个。产物料流426可能具有低含量的适合最后转化成FAME的甘油三酯和/或其它分子。另一可能在于，产物料流426可具有作为生产另一类型产物的进料的更高价值。又另一选项在于产物料流426将用于产生脂肪酸烷基酯，但更方便的是在另一加工设备或同一加工设备的不同区域使用产物料流426。
[0102]将在从藻源生物质提取420产物之后剩余的残留物料流429用作用于气化器471的进料。在图4中，气化器471还经由进料482接收用于气化的生物质。气化器471可以产生多种输出料流。一部分输出对应于气相输出。可以将该气相输出分离475成至少两种料流。一种输出可以包含NH3和/或CO2，在进一步使用之前任选将它们储存479。该册13和/或CO2然后可用作用于藻类来源410的藻类营养物474、用于另外生物质生长工艺(未示出)的肥料或用于另外的方便的目的。在作为营养素或肥料使用之前，营养素料流474可以经历另外的加工。另一输出可以包含H2和CO(合成气)，在用作用于甲醇合成490的输入473之前，任选将它们储存477。任选地，水煤气变换反应可以改进在由气化器471产生的输出料流474和473中的H2、CO和CO2的比率。[0103]作为在图4中所示构造的可选构造，可以对来自气化器471的气相输出进行不同类型的分离。例如，可以纯化该气相输出以从该气相输出中除去例如nh3。然后可以将剩余气相料流对于该料流的H2和CO含量使用。在该选项中，在来自该气化器的气相输出中存在的CO2在合成气料流中充当稀释剂。合成气的许多用途例如甲醇合成、费-托合成或用作燃料气可以容许在合成气输入料流中存在一些过量的CO2。
[0104]来自气化器471的另一输出料流为固态副产物输出料流，任选将其储存476。酸洗460是可以如何进一步加工固态副产物输出以将至少一部分固态副产物转化成适合促进藻类生长的营养素的一个实例。酸洗460帮助来自气化器471的固态副产物转化成适合作为用于藻类生长的营养素使用的形式。将来自酸洗460的排出物传送至分离器465中。将来自酸洗460的排出物的水溶性部分分离出来，且任选地在作为营养素进料462使用之前储存464。营养素进料462通常将包含在生物质中发现的磷和痕量金属。还分离出不溶性副产物466。
[0105]在图4中所示的系统还包括第二生物质来源480。第二生物质来源480可以为藻类或非藻类生物质来源。在图4中，在生物质来源480中的生物质产生适合在形成脂肪酸烷基酯中使用的产物分子。在来源480中的生物质可以对应于籽或植物油生物质来源，例如油菜籽或大豆。可选地，生物质来源480可以为如下的藻类生长池，其用于生长与在藻类来源410中的藻类相同或不同的藻类。生物质来源480用于提供用于油回收工艺421的进料。任选地，可以将来自生物质来源480的进料脱水(未示出)、粉碎或物理改性485，或另外前加工，以改善该进料对于油回收工艺421的适合性。油回收工艺421可以为用于提取馏出物沸程产物的任何方便类型的工艺，例如水热加工或醇提取。将来自油回收工艺421的输出流分离423以至少形成产物料流和残留生物质料流。将残留生物质料流482传送至气化器471以进行气化。在进一步加工之前，任选将产物料流储存498。在图4中，产物料流498包含适合在形成脂肪酸烷基酯中使用的分子，例如甘油三酯。至少一部分产物料流498与甲醇进料492组合使 用以制造FAME491。在进一步使用之前，任选可以将FAME产物储存494。
[0106]在图4中所示的构造提供多个生物质加工系统的集成的另一实例。用于加工藻类来源410的工艺流程导致产生甲醇。将该甲醇集成到用于加工第二生物质来源480的工艺流程中。从第二生物质来源480回收油提供了传送到气化器471的残留物料流482。这增加了可用于气化的生物质的量，降低了维持藻类来源410所需要的另外的CO2和/或其它
营养素的量。
[0107]费-托工艺与生物质加工的集成
[0108]通过生物质气化产生的合成气料流(H2和CO)可以用作用于除甲醇合成以外的工艺的进料。图5提供使用至少一部分合成气输出料流用于烷烃的费-托合成的一个实例。
[0109]为了便于解释费-托加工的用途，在图5中显示的系统具有与图4类似的构造。然而，也可以使用具有残留物料流气化的用于从藻类生物质提取油的任何其它方便的构造。在图5中，气化器471生产至少一种气相输出料流。将该气相输出料流分离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。将含有H2和CO的输出料流473用作用于费-托合成工艺588的进料。费-托工艺588产生至少两种输出料流。一种输出料流主要包含链烷烃587，其为费-托反应的预期产物。富链烷烃的料流587的使用取决于由费-托反应产生的分子量分布的类型和预期用途。该材料可以通过使用具体的馏分或在进一步加工下转化成多种燃料或燃料共混产物。另一输出料流589含有主要含有3个或更少碳原子的含氧物质例如醇和/或有机酸的混合物。此类含氧物质适合例如在水热加工或其它油回收工艺中使用。在图5中，通过将589的任选用途显示为在油回收工艺420和/或421中的输入，来表示在输出料流589中的含氧物质的潜在用途。在油回收工艺(或另外的工艺)中使用来自料流589的含氧物质之前，含氧物质的浓度可以任选使用分离或蒸馏工艺而增加。如上所述，典型的费-托工艺还将产生多种有用的副产物。因为费-托工艺是放热的，所以可以使用来自费-托工艺588的热来提供用于附近另外工艺的能量。费-托工艺588通常还将制造适合用作用于产生能量的燃料气的残留轻气体。另外，费-托工艺588将释放残留CO2，可以将该残留CO2用作用于藻类生长的营养素，例如通过提供该CO2至藻类来源410来实施。
[0110]藻类生长和收获
[0111]用于提供用于生产燃料或其它产物和根据本发明各方面使用的生物物质的藻类可以以任何方便的方式生长。典型的藻类生长环境包括池(pond)和光生物反应器。虽然可以使用任何尺寸的池，但是本发明的结构和方法通常使用具有至少约0.01英亩尺寸的池，包括至少约I英亩、至少约10英亩和至少约20英亩的池。在该讨论中，将提到藻类在池中生长。这并不旨在将本发明限制至使用单一池用于藻类生长和收获或者旨在将本发明仅限于开放的系统。而是，可以使用任何方便数目的池、光生物反应器或其它生长环境。由于用于加工藻类以形成烃产物的各种方法的间歇或半间歇性质，具有多个藻类生长池或光生物反应器可以提供一个优势。例如，可以收获在第一池中的藻类以进行加工来提取烃，同时在一个或多个其它池中的藻类继续生长和/或产油。
[0112]在本发明中可以使用任何方便的池或反应器结构。合适池的一个实例为跑道池(raceway pond)。跑道池由于它们相对均匀的流体动力学而通常是优选的。在跑道池中用于轨道(track)的中间间隔物还提供用于池盖(pond cover)的合适载体。其它选择包括圆形池、管状光生物反应器和平板光生物反应器。
[0113]使用一个或多个藻类池以生长至少一部分藻类。藻类池通常包括诱发流动(flow)进入池的机构，例如桨轮。桨轮提供在该池内的限定流动，允许控制在该池中水的总体流速。可以通过允许盖在不同位置接触水面、通过在池内包括主动和/或被动的流动改进结构或通过其它方便的方法，对在池内的流动形态进行另外的改进。将流动引入池中的可选方法包括单纯重力流动或通过常规方法抽吸水。在光生物反应器或其它闭合系统中，常使用一些形式的抽吸机构以将流动引入该系统中。
[0114]藻类生长池可以具有任何方便的宽度。在本论述中，包括中心间隔壁的跑道池的宽度被定义为从该池的边缘到间隔物的宽度。应注意，池结构的宽度可以但并不优选地沿池的长度而变化。通常，池的长宽比为2至50，更通常为5至15。对于具有大于I英亩的表面积的池，10至15的长宽比是常见的。例如，具有15的长宽比的I英亩池对应于具有约54英尺的宽度的池。越大的长宽比需要越大的抽吸力，例如较大的桨轮或多个桨轮，而越宽的池越难以混合。
[0115]该池可以具有任何方便的深度。虽然并不优选，但该深度也可以沿该池的长度和/或宽度而变化。由于藻类的光吸收，在典型的池中，仅该池的前几厘米将经受池表面上入射光强度的至少10%的光强度。取决于藻类的密度和叶绿素在细胞中的浓度，在该池中经受大于10%的入射光强度的水的深度可以为20cm或更小，或IOcm或更小，或5cm或更小，或2cm或更小，或Icm或更小。结果，在池中低于给定深度的藻类将经受极少光强度或不经受光强度。使藻类经受极少光强度或不经受光强度的时段是在池中自然存在的条件，且所述时段的存在与否和持续时间影响藻类的光合效率。通常，与连续光相反，当藻类暴露于间歇光时，藻类生长更快。该池的最适宜深度和混合需求取决于藻类物种和藻类捕集光强度的相应效率。对于大多数物种，连续直接阳光产生大于可以由藻类使用的最大量的太阳辐射量。这产生主要作为吸收热而浪费的过度光强度。
[0116]为了对藻类在池中的生长和/或脂质生产提供改善的控制，可以有利地限制池的深度，以使得在池的较低深度(较暗)部分中的藻类可在所期望时间尺度上返回池的更靠近表面的部分。另外，在浅池中较易于维持所期望量的混合或湍流，允许藻类从较暗的区域迅速交换到较亮的区域。如上所述，将藻类暴露于间歇光强度而不是连续光强度通常将增强藻类的生长速率。例如，基于用于诱发流动的桨轮或其它装置的操作，在该池中的水可以具有小时数量级的围绕该池的平均环行(circuit)时间。为了实现藻类对光强度的间歇暴露，在该池的完整环行期间，通常希望藻类在具有大于约10%的入射光强度的区域中花费平均约10%至约50%的池环行时间。可选地，藻类经受至少10%的入射光强度的平均时间量可以为该环行时间的至少约15 %、或至少约20 %、或至少约25 %，或者约50 %或更小、或约40%或更小、或约30%或更小。藻类暴露于大于约10%的入射光强度的优选时间量取决于多种因素，例如藻类的类型和在藻类生长和藻类油生产之间所期望的平衡。例如，一些藻类在暴露于光时可以具有高速光子吸收，但也可能需要较久的远离日光的时间以实现有效的生长和/或油生产。所述藻类可以优选减小暴露于大于10%的入射光强度的时间量。对于当暴露于另外的光时具有极小效率下降或没有效率下降的藻类，可以优选在暴露于大于10%的入射光强度下的较 高时间量。在光生物反应器或其中光由人造来源提供的其它系统中，对所期望量的光强度的暴露可以通过操控光源的工作循环来控制。
[0117]对于充分混合的池，控制暴露藻类的入射光量的一种方法基于在该池中的藻类密度与该池的深度的组合。在给定的藻类密度下，增加该池的深度将减小暴露藻类到至少10%的入射光中的时间量。这归因于更大百分数的池远离该表面，且因此更大百分数的池体积将低于其中光衰减到小于10%的深度。光衰减的量还取决于藻类的类型和藻类的浓度。不同藻类具有不同浓度的叶绿素，且因此在相对于透射光捕集方面具有不同的效率。为了实现所期望的光衰减的量，可以选择该池的深度为约IOOcm或更小或约75cm或更小。更典型的池深度将为约50cm或更小、或约35cm或更小、或约30cm或更小。另外或可选地，该池的深度可以为至少约5cm、或至少约10cm、或至少约20cm。
[0118]任选地，池可以包括部分或完整的盖结构。盖结构降低或防止在池与周围环境之间的相互作用。盖结构降低或防止引入如下的外部材料，例如雨水，或来自于池位置处的微生物。盖结构还降低或防止蒸发水损失，且可以帮助保留CO2在生长池内以便由藻类消耗。合适的盖结构包括位于池中的水表面处或附近的表面盖层以及(部分地)密封在池表面之上显著体积的空气的温室型结构。盖结构对光化性光可以具有不同水平的透明度。应注意到，对于大多数池，池盖的有利效果通常可以在不需要覆盖浆轮结构的情况下实现。对应于浆轮的池表面积部分相对于总表面积小且随着池尺寸增加而成比例地减小。类似地，在池中将难以覆盖且对应于该表面积的小部分的其它结构可以保持裸露。
[0119]为了促进藻类生长和/或由藻类生产馏出物沸程产物，将多种营养素引入池中。引入CO2以提供用于藻类的碳的来源。通常还引入磷和氮的来源。可以结合自然光强度控制CO2、磷、氮和/或其它营养素或添加剂的量，以在池中诱发由藻类实现的所期望特性。控制这些条件允许在一些时段期间选择有利于增加在池内藻类的总数的条件，而其它选定的条件将有利于通过藻类生产储藏化合物，例如淀粉、油或脂质。
[0120]在藻类生长和/或已经生成所期望馏出物沸程产物之后，收获藻类以准备提取所期望产物。藻类的典型生长条件对应于在池中相对低重量比的藻类和水。收获步骤允许藻类和/或所期望产物在进一步加工之前与相当大部分的水分离。在收获或脱水期间除去的水的量取决于从藻类中回收馏出物沸程产物的提取工艺。
[0121]在收获期间可以使用任何方便的方法来使藻类脱水。可以使用一个或多个离心机以除去水。单独地、与所述一个或多个离心机组合或者彼此组合的用于除去水的其它选项包括但不限于沉降、絮凝、凝结、溶解空气浮选和升高藻类-水样品的温度。
[0122]在脱水之后，该藻类通常还将含有一些水。可以将该脱水的藻类用作用于产物提取工艺的输入进料。对于至少含有藻类和水的脱水的进料，该进料的藻类含量可以为至少约5重量％、或至少约10重量％、或至少约20重量％、至少约25重量％、或至少约30重量％。该进料的藻类含量可以为约50重量％或更小、或约30重量％或更小、或约25重量％或更小、或约20重量％或更小。在比率方面，在该进料中水与藻类的比率可以为至少约1: 1、或至少约2:1、或至少约3:1、或至少约4:1。水与藻类的比率可以为约25:1或更小、或约20:1或更小、或约10:1或更小。相对于水的量，所述进料的藻类含量可以基于关于从藻类来源提取水的实 际考虑。藻类可以作为藻类与水的混合物或糊浆引入反应器中。可选地，可以将干燥形式的藻类与足够的水一起引入反应器中以达到所期望比率的藻类和水。
[0123]应注意到，在藻类(或其它生物质)进料中存在的水可以为细胞外的水或细胞内的水。细胞内的水是指在细胞例如藻类细胞的细胞膜内所含的水。对于藻类进料，基于细胞外的水表观相对干燥的进料仍然可以含有相当大部分的细胞内的水。在以下论述中，相对于藻类量提到在进料中的水量基于不含细胞内的水的干燥藻类。冷冻干燥的藻类为不含细胞内的水的藻类的一个实例。对于含有细胞内的水的藻类，计算水与藻类的比率需要测定细胞内的水的量，因为任何细胞内的水都应计入水的重量，而不计入藻类的重量。作为验证实例，藻类样品可能不包含细胞外的水，且由于在藻类中的细胞内的水的量而仍然具有约1:1或更大或约2:1或更大的水与藻类的比率。更一般地，下文提到藻类的重量是指不包括细胞内的水的干燥藻类的重量。
[0124]藻类的类型
[0125]用于藻类油和根据本发明各方面使用的藻类来源可以包括但不限于单细胞或多细胞藻类。这样的藻类的实例可以包括红藻(rhodophyte)、绿色植物(chlorophyte)、异鞭藻(heterokontophyte)、黄丝藻(tribophyte)、灰胞藻(glaucophyte)、绿蜘藻(chlorarachniophyte)、裸藻(euglenoid)、定鞭藻(haptophyte)、隐丝藻(cryptomonad)、沟鞭藻(dinoflagellum)、浮游藻(phytoplankton)等及其组合。该藻类可以为绿藻植物门(Chlorophyceae)和/或定鞭藻门(Haptophyta)。具体物种可以包括但不限于富油新绿藻(Neochloris oIeoabundans)、二形栅藻(Scenedesmus dimorphus)、纤细裸藻(Euglena gracilis)、三角揭指藻(Phaeodactylum tricornutum)、颗石藻(Pleurochrysis carterae)、小三毛金藻(Prymnesium parvum)、扁藻(Tetraselmischui)和莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii) □另外或可选的藻类来源可包括一种或多种如下的微藻类:曲壳藻(Achnanthes)、苗形藻(Amphiprora)、双眉藻(Amphora)、纤维藻(Ankistrodesmus)、星胞藻(Asteromonas)、黄金色藻(Boekelovia)、包特氏菌(Borodinella)、丛粒藻(Botryococcus)、淡水小荀球藻(Bracteococcus)、角毛藻(Chaetoceros)、四鞭藻(Carteria)、衣藻(Chlamydomonas)、绿球藻(Chlorococcum)、绿梭藻(Chlorogonium)、小球藻(Chlorella)、蓝隐藻(Chroomonas)、金球藻(Chrysosphaera)、球丐板藻(Cricosphaera)、隐甲藻(Crypthecodinium)、隐藻(Cryptomonas)、小环藻(Cyclotella)、杜氏藻(Dunaliella)、后棘藻(Ellipsoidon)、球石藻(Emiliania)、独球藻(Eremosphaera)、Ernodesmius、裸藻(Euglena)、披朿Ij 藻(Franceia)、脆杆藻(Fragilaria)、_ 丝藻(Gloeothamnion)、红球藻(Haematococcus)、嗜盐古菌(Halocafeteria)、膜胞藻(Hymenomonas)、等鞭金藻(Isochrysis)、鳞孔藻(Lepocinclis)、微芒藻(Micractinium)、单针藻(Monoraphidium)、微球藻(Nannochloris)、微拟球藻(Nannochloropsis)、舟形藻(Navicula)、新绿藻(Neochloris)、肾鞭藻(Nephrochloris)、肾藻(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)、拟小球藻((Parachlorella)、巴喧氏藻(Pascheria)、褐指藻(Phaeodactylum)、嗷菌体(Phagus)、扁藻(Platymonas)、颗石藻(Pleurochrysis)、肋球藻(Pleurococcus)、原囊藻(Prototheca)、假小球藻(Pseudochlorella)、塔胞藻(Pyramimonas)、桑堪藻(Pyrobotrys)、栅列藻(Scenedesmus)、骨条藻(Skeletonema)、螺旋藻(Spyrogyra)、裂丝藻(Stichococcus)、四月藻(Tetraselmis)、海链藻(Thalassiosira)、小球藻微藻(Viridiella)和团藻(Volvox)物种，和/或一种或多种如下的蓝藻细菌:阿格门氏藻(Agmenellum)、鱼腥藻(Anabaena)、项圈藻(Anabaenopsis)、组囊藻(Anacystis)、束丝藻(Aphanizomenon)、节旋藻(Arthrospira)、星球藻(Asterocapsa)、博氏藻 (Borzia)、眉藻(Calothrix)、管胞藻(Chamaesiphon)、绿胶藻(Chlorogloeopsis)、拟色球藻(Chroococcidiopsis)、色球藻(Chroococcus)、发毛针藻(Crinalium)、蓝绿藻(Cyanobacterium)、双色藻(Cyanobium)、蓝囊胞菌(Cyanocystis)、蓝螺菌(Cyanospira)、蓝杆藻(Cyanothece)、拟筒孢藻(Cylindrospermopsis)、筒抱藻(Cylindrospermum)、蓝纤维藻(Dactylococcopsis)、皮果藻(Dermocarpella)、费氏藻(Fischerella)、夫列藻(Fremyella)、盖特勒氏菌(Geitleria)、吉特勒氏线状蓝细菌(Geitlerinema)、粘杆菌(Gloeobacter)、粘球藻(Gloeocapsa)、粘杆藻(Gloeothece)、盐螺旋藻(Halospirulina)、英加藻(Iyengariella)、痩鞘丝藻(Leptolyngbya)、湖丝藻(Limnothrix)、销丝藻(Lyngbya)、微鞘藻(Microcoleus)、微囊藻(Microcystis)、粘囊藻(Myxosarcina)、节球藻(Nodularia)、念珠藻(Nostoc)、拟念珠藻(Nostochopsis)、颤藻(Oscillatoria)、席藻(Phormidium)、浮丝藻(Planktothrix)、宽球藻(Pleurocapsa)、绿球藻(Prochlorococcus)、原绿藻(Prochloron)、原绿发藻(Prochlorothrix)、伪鱼渥藻(Pseudanabaena)、胶须藻(Rivularia)、裂须藻(Schizothrix)、双歧藻(Scytonema)、螺旋藻(Spirulina)、斯塔尼尔氏菌(Stanieria)、斯塔尔氏蓝细菌(Stairia)、真枝藻(Stigonema)、束藻(Symploca)、集球藻(Synechococcus)、集胞藻(Synechocystis)、单歧藻(Tolypothrix)、束毛藻(Trichodesmium)、常丝藻(Tychonema)和异球藻(Xenococcus)物种。
[0126]主要为脂质的藻类油通常以膜组分、储藏产物和代谢物的形式包含在藻类中。特定藻类菌株，特别是微藻类，例如硅藻和蓝藻细菌，含有按比例地高含量的脂质。藻类油的藻类来源可以含有变化量的基于生物质本身总重量例如为2重量％至60重量％的脂质。
[0127]产物回收
[0128]在收获藻类之后，可以使用油回收工艺从其它材料例如残留生物质中分离一种或多种所期望的产物。所期望产物可以对应于馏出物沸程分子、适合在任选的进一步加工之后作为燃料或燃料共混产物使用的分子或其它类型的分子。可利用多种工艺以从剩余残留物中分离一种或多种所期望产物。一种选项是使用水热加工以使藻类细胞破裂，然后分离出所期望产物。可以通过将一种或多种溶剂例如甲醇、乙醇或其它醇引入水热加工环境来增强所述水热加工。还可以通过将酸引入水热加工环境来增强水热加工。另一选项是使用醇例如乙醇以从藻类中提取所期望产物。
[0129]来自油回收工艺的总输出通常将为化合物的混合物。该混合物将包含对应于所期望产物的一种或多种油或脂质。所述油或脂质将与水和来自藻类的多种残留固体混合。可以进行多相分离以从该水和该残留固体中分离所需油和脂质。任选地，在分离出所述油或脂质之后，该油或脂质可以经历另外的加工。例如，可以将醇加到所述油或脂质中以形成脂
肪酸烷基酷。
[0130]可以在间歇、半间歇或连续加工环境中实施水热加工。该反应器可以为适合操纵这些加工条件的任何类型的间歇式反应器。由于处于亚临界或超临界条件下的水的潜在存在，不锈钢可以为用于反应器壁的合适非反应性材料。可以使用与下文所述反应条件相容的用于反应器表面的其它材料和/或涂层。合适反应器的实例可以包括高压釜、搅拌槽或犁耙式混料机。可选地，还可以使用鼓泡塔。藻类进料的间歇或半间歇型加工的一种可能的优势在于，在除去水之后，藻类进料可能具有较差的流动特性。例如，在相对于水约20重量％的藻类浓度(4重量份水与I重量份藻类)下，所得混合物可以具有糊浆的稠度。这样的糊浆可能难以在连续流动型反应器中使用泵来使其移动。
[0131]在进料到水热加工的藻类进料适合直接抽吸的情况下，可以使用连续工艺，例如柱塞流反应器构造。然后使反应器尺寸和流速与藻类在水热加工环境中所期望的停留时间和温度相匹配。不同的混合构造包括静态混合器或T形混合器。由于处于亚临界或超临界条件下的水的潜在存在，不锈钢是作为用于反应器壁的非反应性材料的合适选择。还可以使用与反应环境相容的用于反应器表面的其它材料和/或涂层。对于连续加工反应器的选项包括固定床、开管或沸腾床反应器。
[0132]例如，可以使用间歇式反应器以水热加工藻类进料。可以将与水混合的一部分藻类进料引入反应器中。然后可以将反应器吹扫(如果需要的话)以除去任何含氧气体。任选地，然后可以将惰性气体和/或还原气体的分压引入反应器中。合适还原气体的实例可以包括氢气，而合适的惰性气体可以包括氮气。引入反应器中的另外气体的分压可以为至少约25巴(2.5MPa)、或至少约40巴(4.0MPa)、或至少约50巴(5.0MPa)。引入反应器的气体的分压可以为100巴(10.0MPa)或更小、或75巴(7.5MPa)或更小、或50巴(5.0MPa)或更小。应注意，引入还原气体可以对应于用还原气体使水热处理用水饱和。
[0133]对于水热加工环境的另一潜在加入物是一种或多种含氧物质例如醇或酸。在水热加工环境中的酸和醇改善烃产物的产率以及降低烃产物的氮含量。然而，如果将收获的藻类暴露于处于大于约250°C的温度或大于约60分钟的加工时间的水热加工条件,该后一优势则可能损失。合适的醇包括任何方便的醇例如甲醇或乙醇。引入反应环境中的醇的量可以近似地等于基于重量计的干燥藻类的量。更一般地，在水热加工期间提供溶剂有利效果的醇与藻类的重量比可以为约1:10至约10:1。合适的酸包括与再循环到藻类生长环境相容的酸，例如磷酸或乙酸。在水热加工期间提供有利效果的酸的浓度可以为约0.4M至约
5.0M。
[0134]在引入藻类、水、任何含氧物质添加剂和任何另外的还原和/或惰性气体之后，可以将间歇式反应器密封。可以选择用于水热加工的条件以回收油，同时产生含有至少一部分(潜在)可发酵材料的残留产物。可以将该反应器的温度升高到至少约50°C、或至少约80°C、或至少约150°C、或至少约250°C、或至少约275°C或至少约300°C。可以将该反应器的温度升高到约500°C或更低、或约400°C或更低、或约380°C或更低、或约350°C或更低、或约300°C或更低或约275°C或更低。在该反应器中的压力可以为至少约I巴(0.1MPa)、或至少约25巴(2.5MPa)、或至少约50巴(5.0MPa)或至少约100巴(10.0MPa)。该压力可以为约300巴(30.0MPa)或更低、或约250巴(25.0MPa)或更低、或约225巴(2.25MPa)或更低或约200巴(20.0MPa)或更低。温度和压力的期望组合，将取决于在油回收和保持对于残留固体的另外效用之间所期望的平衡以及藻类的类型。
[0135]在一些情况下，在更严苛的条件下实施水热加工。该更严苛的条件产生更大的油回收率，但在残留固体中产生降低的可发酵材料量，同时还产生氨。合适的更严苛的条件包括高于约300°C的温度和至少约1500psig(10.3MPag)的压力。
[0136]在加工期间的另一选项可以为使用水热加工催化剂。水热加工催化剂可以为可溶于水热反应环境中的催化剂，或者该催化剂可以在反应环境中处于催化剂粒子的形式。该催化剂粒子可以任选为负载型催化剂，其中催化材料负载在基体上。
[0137]负载型催化剂的一种选项可以为负载型贵金属催化剂。该贵金属可以为Pt、Pd、Rh、Ru、Ir或其组合。用于该催化剂的载体可以为水热稳定的载体。合适载体的实例可以包括耐高温氧化物，例如氧化钛或氧化锆。氧化硅或活性碳还可以形成合适的载体材料。载体的其它选择还可以包括氧化镁、水滑石或其它多种类型的粘土。又另一选项可以为由一种或多种上述载体的混合物构成的载体，例如氧化钛、氧化锆和氧化硅中的两种或更多种的混合物。可选地，该载体材料可以基本不含氧化铝，意味着该载体材料不含氧化铝或含有小于0.01重量％的氧化铝、或小于0.1重量％的氧化铝、或小于I重量％的氧化铝。
[0138]另一负载型催化剂选项可以是使用碱性金属或混合金属氧化物，其具有或不具有贵金属。不具有贵金属的催化剂的实例可以包括氧化镁、水滑石和负载在氧化钛或氧化锆上的钾。 [0139]相对于藻类的量，在该反应器中负载型催化剂的量可以为至少约0.05重量％、或至少约0.1重量％、或至少约I重量％、或至少约2.5重量％、或至少约5重量％。相对于藻类的量，在该反应器中负载型催化剂的量可以为约20重量％或更低、或约15重量％或更低、或约10重量％或更低。[0140]负载在该催化剂上的金属的量也可以变化。相对于该催化剂的重量，负载在该催化剂上的贵金属的量可以为每重量催化剂至少约0.1重量％、或至少约0.5重量％、或至少约0.6重量％、或至少约0.75重量％、或至少约1.0重量％。负载在催化剂上的贵金属的量可以为约1.5重量％或更低、或约1.0重量％或更低、或约0.75重量％或更低、或约0.6重量％或更低。更一般地，在催化剂载体上的单独地或以混合物形式的金属的量可以为至少约0.1重量％、或至少约0.25重量％、或至少约0.5重量％、或至少约0.6重量％、或至少约0.75重量％、或至少约I重量％、或至少约2.5重量％、或至少约5重量％。在催化剂载体上的单独地或以混合物形式的金属的量可以为约35重量％或更低、或约20重量％或更低、或约15重量％或更低、或约10重量％或更低、或约5重量％或更低。
[0141]作为可选的油回收工艺，可以直接使用醇例如甲醇、乙醇或丁醇用于从藻类中溶剂提取烃。任选地，该溶剂提取可以在超临界条件下实施。该溶剂提取可以在间歇式搅拌槽反应器中、在浆料鼓泡塔中或在连续流离心机内作为逆流洗涤而进行。该溶剂提取允许从藻类外壳或其它残留固体中分离所期望馏出物沸程产物。然后可以经由沸点分离例如在闪蒸槽或蒸馏塔中从所期望产物中回收溶剂。溶剂的量可以粗略地等于干燥藻类的重量。更一般地，溶剂的量可以为干燥藻类重量的约1.0至10.0倍，例如干燥藻类重量的至少约
2.0倍。合适的温度包括约15°C (或另外的环境温度)至约80°C的温度，例如至少约40°C。可以选择提取时间以平衡提取所需要的时间与提取效率。增加溶剂的量和/或升高提取温度通常将减少实现所期望提取水平所需要的反应时间。合适的提取时间为约0.25小时至约24小时，例如约2小时至约16小时，优选约6小时至约12小时。
[0142]作为用于溶剂提取的溶剂的其它选项包括醇、烃溶剂、芳族溶剂、丙酮、甘油、酒精、己烷、庚烷、 甲基戊烷、甲苯或甲基异丁酮。如果该溶剂为醇，则醇的实例包括但不限于甲醇、丙醇、乙醇和异丙醇。可选地，可以选择溶剂作为用于疏水提取的溶剂。在疏水提取中，选择溶剂以使得提取溶剂不混溶于水中，或者形成配分(partition)以使得仅一部分溶剂处于水相中。合适溶剂的实例包括非极性有机液体，例如脂族烃或各种石油醚。其它合适溶剂包括酯、醚、酮、硝化烃和氯化烃。溶剂的实例包括四氯化碳、氯仿、环己烷、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- 二甲基戍烧。
[0143]残留固体的水解或其它前发酵处理
[0144]一种或多种所期望产物的提取和分离通常将导致产生通常处于残留固体形式的残留生物质。该残留固体对应于来自用于产生所需烃的藻类的藻类外壳及其它固体。潜在地，在水解之后一些残留生物质也可能溶解于水相中。因为残留生物质对应于原始藻类的残渣，所以该残留生物质代表适合未来藻类生长的营养物来源。另外或可选地，在一些类型的油回收下，该残留生物质还将含有可以用于产生含氧物质的可发酵固体(或可发酵固体的前体)。该含氧物质可以在藻类加工系统的其它部分中使用。
[0145]残留固体(或其它残留生物质，例如溶解于水相中的残留生物质)通常将包含一些可发酵材料，或更通常是潜在可发酵的材料。如上所述，可发酵材料的量将根据多种因素而变化。通常地，将合乎需要和/或经济上有价值的是，使用可发酵材料以形成含氧物质产物。在发酵之前，将潜在可发酵的材料例如通过水解预处理以允许后续发酵。多糖代表一类潜在可发酵的材料。水解工艺允许多糖及其它潜在可发酵的材料分解成淀粉、糖类物或其它糖。淀粉、糖类物或其它糖然后使用合适的酵母菌发酵。可以使用任何方便类型的水解条件将残留固体转化成可发酵材料。还可以将含氧物质例如甲醇或乙醇或有机酸加到水解反应中以促进潜在可发酵的材料转化成可发酵材料。典型的水解条件集涉及在一种或多种酶、一种或多种酸或者一种或多种酸和一种或多种酶的组合存在下，将潜在可发酵的材料暴露于加热的水性环境。取决于所使用的酶的类型，35°C至90°C的温度是合适的。加入酸，例如由发酵产生的有机酸，可以促进水解工艺。水解工艺的其它实例包括蒸汽爆发工艺(steam explosion process)和碱催化工艺(例如，涉及氨/氢氧化铵的那些)。潜在可发酵材料的完全水解可能需要依次实施的多个水解工艺。例如，加酸水解工艺之后可以是酶水解工艺。
[0146]在水解之后，可以进行另外的分离以从不溶性副产物中分离水溶性的可发酵材料。
[0147]发酵和含氧物质产生
[0148]在水解之后，则使用合适的酵母菌(例如，酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae))或其它细菌使可发酵材料发酵以形成含氧物质。所形成的含氧物质的类型通常取决于酵母菌或细菌的类型。可能的含氧物质包括醇，例如甲醇、丁醇或乙醇，或有机酸，例如乙酸。酵母菌或细菌的实例包括肠杆菌(Enterobaceriae),其可以生成有机酸,和酵母菌酿酒酵母，其可用于乙醇生产。
[0149]在发酵期间，该酵母菌或细菌消耗可发酵材料且形成含氧物质、CO2和热。发酵通常还引起一些残留副产物的形成。可以使用分离器分离出气相CO2、水相含氧物质和此时不溶的副产物。可以使CO2再循环以用于任何方便的用途。例如，可以使0)2返回到藻类生长池中以在新批次藻类的生长中使用。如果从其它生物质来源提供任何另外的CO2,则这允许不取决于碳的化石燃 料来源的真正可再生藻类的生长。
[0150]然后将含有含氧物质的水相蒸馏以在水性环境中浓缩所期望的含氧物质。可以使在蒸馏期间除去的水再循环，例如再循环到藻类生长池。可以以多种方式使用所述含氧物质。如果需要，则可以选择发酵条件以形成醇、酸或其组合。然后使醇和/或酸再循环到使用水热加工和/或用于预处理可发酵材料的油回收工艺。醇和/或酸允许改善所需油或脂质的回收率以及潜在地降低所回收烃的氮含量。另一选项是将发酵集中于醇生产且使用醇用于从藻类中醇提取油或脂质。又另一选项是使用所产生的含氧物质作为产物，因此增加来自藻类加工系统的产物的总产率。
[0151]加工产物固体以使营养素再循环
[0152]除了使残留固体发酵以形成含氧物质之外，还可以从残留固体中回收多种藻类生长营养素。可以对来自残留固体水解的副产物和/或来自发酵的副产物实施营养素回收。
[0153]数种选项可用于使营养素从残留固体中再循环。来自水解和/或发酵的副产物常处于相对易获得的形式。易获得的形式可以对应于作为碱性氮存在的氮和以磷酸盐形式存在的磷。在这样的情况下，可以将副产物暴露于涉及酸例如乙酸、磷酸或硫酸的酸洗。优选将例如乙酸的弱酸用于该酸洗。在使副产物作为用于一个或多个藻类生长池的营养素再循环之前，使用该酸洗以中和副产物的pH。
[0154]可选地，可以使用消化器以增加营养素产率。在消化工艺中，将副产物暴露于细菌例如甲烧菌(methanotropic bacteria),其将剩余副产物转化成更有用的形式。通过细菌进行的消化通常将产生包含H2、小有机物例如CH4和CO2的气相产物。可以将H2和小有机物气相产物用作燃料来源。包含气相CO2的剩余消化产物通常更适合再循环到藻类生长池。又另一选项是使用残留生物质和/或其它生物质作为消化器的进料，如在本说明书的其它部分中所描述的。
[0155]产物分子的另外的加工
[0156]从藻类来源或非藻类来源回收的所期望产物分子的类型将取决于生物质来源的性质。特别地，不同类型的藻类可以产生各种馏出物沸程分子、在任选另外的加工之后适合用作燃料或燃料共混产物的分子或其它类型的产物分子。可能的产物包括脂肪酸、醛、酮及包括一个或多个含有氧和/或氮杂原子的官能团的其它分子。所述产物任选还可以包括一个或多个不饱和度。
[0157]虽然可行的是，从藻类回收的产物分子将直接适合用作燃料、燃料添加剂、润滑剂、润滑剂添加剂或其它化学产物，但更通常的是，产物分子在使用之前将经历另外的加工。一种类型的另外加工可以为进一步分离和/或纯化产物分子。其它类型的另外加工可以涉及进行反应以改变沸程或改性分子中的官能团。例如，许多类型的藻类生成如下的馏出物沸程产物，其沸点高于约650 °F (343°C )至约750 °F (399°C )的典型柴油最大沸点。可以使这样的分子发生化学反应以产生较低沸点的物种。另一选项可以将产物分子转化成与常规加工系统相容的形式。许多藻类生成作为潜在产物分子的脂肪酸。可以使脂肪酸与醇反应以形成脂肪酸烷基酯，以在具有用于处理脂肪酸烷基酯的现有工艺流程的炼油厂中使用。又另一选项可以是裂化或另外降低产物的沸点到低于馏出物沸程的温度。这可以允许形成石脑油沸程化合物和/或形成用作聚合物形成用进料的小分子。包括此类另外加工步骤的本发明方法和系统在本发明的各方面的范围内。
[0158]可以通过生物燃 料生产系统实施上述方法中的任何方法。此外，可以单独或组合地实施上述方法中的任何方法。因此，本发明的另一方面为实施上述方法中的一种或两种方法的生物燃料生产系统。
[0159]另外的实施方式
[0160]另外或可选地，本发明可以包括以下实施方式中的一个或多个。
[0161]实施方式1.产生燃料或燃料共混产物的方法，包括:提供包含来自藻类生长环境的藻源生物质的进料；从所述藻源生物质回收燃料或燃料共混产物和残留产物；对所述残留产物的至少一部分实施气化工艺，所述气化工艺至少产生气相输出料流和气化残留料流，所述气相输出料流包含H2和CO ;通过除去不同于H2和CO的一种或多种污染化合物的至少一部分来纯化所述气相输出料流；和将所述纯化的气相输出料流的至少一部分转化成一种或多种有机分子。
[0162]实施方式2.根据实施方式I所述的方法，其中将所述纯化的气相输出料流的至少一部分转化成一种或多种有机分子包括使用所述纯化的气相输出料流的至少一部分合成甲醇。
[0163]实施方式3.根据实施方式2所述的方法，其中回收燃料或燃料共混产物在所述合成的甲醇的至少一部分存在下进行实施。
[0164]实施方式4.根据实施方式2或3所述的方法，其还包括由所述合成的甲醇的至少一部分和含有甘油三酯的进料合成脂肪酸甲酯，所述含有甘油三酯的进料任选包含所述回收的燃料或燃料共混产物的至少一部分。
[0165]实施方式5.根据上述实施方式中的任一项所述的方法，其中将所述纯化的气相输出料流的至少一部分转化成一种或多种有机分子包括使用所述纯化的气相输出料流的至少一部分实施费-托合成工艺，所述费-托合成工艺产生一种或多种烷烃产物和一种或多种含氧物质副产物。
[0166]实施方式6.根据实施方式5所述的方法，其中回收燃料或燃料共混产物在所述一种或多种含氧物质副产物的至少一部分存在下进行实施。
[0167]实施方式7.根据上述实施方式中的任一项所述的方法,其中将所述气相输出料流的至少一部分用作燃料气。
[0168]实施方式8.根据上述实施方式中的任一项所述的方法，其还包括使所述一种或多种污染化合物的至少一部分、所述气化残留物的至少一部分或其组合再循环到所述藻类生长环境，所述气化残留物在再循环之前任选用酸洗涤。
[0169]实施方式9.根据实施方式8所述的方法，其中所述一种或多种污染化合物的再循环部分包含NH3、CO2或其组合。
[0170]实施方式10.根据上述实施方式中的任一项所述的方法，其还包括使用水煤气变换反应改性来自所述气化工艺的气相输出料流的组成。
[0171]实施方式11.根据上述实施方式中的任一项所述的方法，其中从所述藻源生物质和至少一种另外的生物质进料中回收所述燃料或燃料共混产物和所述残留产物。 [0172]实施方式12.根据上述实施方式中的任一项所述的方法，其中对至少一种另外的生物质进料另外实施所述气化工艺。
[0173]实施方式13.根据上述实施方式中的任一项所述的方法，其中所述纯化的气相输出料流的至少一部分向一种或多种有机分子的转化导致生成含氧物质，将所述含氧物质的至少一部分用作在燃料或燃料共混产物回收中的试剂。
[0174]实施方式14.产生生物燃料的方法，其包括:在藻类生长环境中生长藻类；从来自所述藻类生长环境的藻源生物质进料中回收第一燃料或燃料共混产物和残留产物；从第二生物质进料中回收第二燃料或燃料共混产物和第二残留产物；对所述第二残留产物的至少一部分实施气化工艺，所述气化工艺至少生成第一气相输出料流和气化残留物，所述第一气相输出料流包含nh3、CO2或其组合；和使所述第一气相输出料流或所述气化残留料流的至少一部分再循环到所述藻类生长环境。
[0175]实施方式15.根据实施方式14所述的方法，其中所述第二燃料或燃料共混产物为
脂肪酸烷基酷。
[0176]实施方式16.根据实施方式14或15所述的方法，其还包括加工所述第一燃料或燃料共混产物以形成脂肪酸烷基酯。
[0177]实施方式17.根据实施方式14至16中的任一项所述的方法，其中所述气化工艺另外生成包含H2和CO的第二气相输出料流，所述方法还包括使所述纯化的气相输出料流的至少一部分转化成一种或多种有机分子，所述转化导致生成至少一种含氧物质，将所述含氧物质用作在所述第一燃料或燃料共混产物回收中的试剂或用作在所述第二燃料或燃料共混产物回收中的试剂。
【权利要求】
1.产生燃料或燃料共混产物的方法，包括: 提供包含来自藻类生长环境的藻源生物质的进料； 从所述藻源生物质回收燃料或燃料共混产物和残留产物； 对所述残留产物的至少一部分实施气化工艺，所述气化工艺至少产生气相输出料流和气化残留料流，所述气相输出料流包含H2和CO ； 通过除去不同于H2和CO的一种或多种污染化合物的至少一部分来纯化所述气相输出料流；和 将所述纯化的气相输出料流的至少一部分转化成一种或多种有机分子。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述纯化的气相输出料流的至少一部分转化成一种或多种有机分子包括使用所述纯化的气相输出料流的至少一部分合成甲醇。
3.根据权利要求2所述的方法，其中回收燃料或燃料共混产物在所述合成的甲醇的至少一部分存在下进行实施。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括由所述合成的甲醇的至少一部分和含有甘油三酯的进料合成脂肪酸甲酯。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述含有甘油三酯的进料包含所述回收的燃料或燃料共混产物的至少一部分。
6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述纯化的气相输出料流的至少一部分转化成一种或多种有机分子包括使用所述纯化的气相输出料流的至少一部分实施费-托合成工艺，所述费-托合成工艺产生一种或多种烷烃产物和一种或多种含氧物质副产物。
7.根据权利要求6所述的方法，其中回收燃料或燃料共混产物在所述一种或多种含氧物质副产物的至少一部分存在下进行实施。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括使用所述纯化的气相输出料流的至少一部分来合成甲醇。
9.根据权利要求1所述的方法，其中将所述气相输出料流的至少一部分用作燃料气。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括使所述一种或多种污染化合物的至少一部分、所述气化残留料流的至少一部分或其组合再循环到所述藻类生长环境。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述一种或多种污染化合物的再循环部分包含NH3 > CO2或其组合。
12.根据权利要求10所述的方法，其中使所述气化残留料流的至少一部分再循环包括在再循环之前用酸洗涤所述气化残留料流的所述至少一部分。
13.根据权利要求1所述的方法，其还包括使用水煤气变换反应改性来自所述气化工艺的气相输出料流的组成。
14.根据权利要求1所述的方法，其中从所述藻源生物质和至少一种另外的生物质进料中回收所述燃料或燃料共混产物和所述残留产物。
15.根据权利要求1所述的方法，其中对至少一种另外的生物质进料另外实施所述气化工艺。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述纯化的气相输出料流的至少一部分向一种或多种有机分子的转化导致生成含氧物质，将所述含氧物质的至少一部分用作在燃料或燃料共混产物回收中的试剂。
17.产生生物燃料的方法，包括: 在藻类生长环境中生长藻类； 从来自所述藻类生长环境的藻源生物质进料中回收第一燃料或燃料共混产物和残留产物； 从第二生物质进料中回收第二燃料或燃料共混产物和第二残留产物； 对所述第二残留产物的至少一部分实施气化工艺，所述气化工艺至少生成第一气相输出料流和气化残留物，所述第一气相输出料流包含NH3、CO2或其组合；和 使所述第一气相输出料流或所述气化残留物料流的至少一部分再循环到所述藻类生长环境。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第二燃料或燃料共混产物为脂肪酸烷基酯。
19.根据权利要求17所述的方法，其还包括加工所述第一燃料或燃料共混产物以形成脂肪酸烷基酷。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述气化工艺另外生成包含H2和CO的第二气相输出料流，所述方法还包括使所述纯化的气相输出料流的至少一部分转化成一种或多种有机分子，所述转化导致生成至少一种含氧物质，将所述含氧物质用作在所述第一燃料或燃料共混产物回收中的试剂或用作在所述第二燃料或燃料共混产物回收中的试剂。
【文档编号】C12P5/02GK103998613SQ201280062204
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年2月10日 优先权日:2011年12月14日
【发明者】保罗·D·奥尔登堡, 米歇尔·A·达格, 维吉尼亚·M·罗伯茨, 保罗·J·贝洛维茨, 大卫·C·隆, 詹姆斯·R·比伦贝格 申请人:埃克森美孚研究工程公司