一种低能耗生产生物燃料的方法及系统与流程

本发明涉及一种低能耗生产生物燃料的方法及系统，还涉及一种用于培养藻类的添加无机碳源成分的培养液，及一种用于培养藻类的添加无机碳源成分的培养液，以及一种利用碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法。

背景技术：

1、生物柴油是生物燃料的一种，是一种利用生物脂肪c16-c20的长链脂肪酸进行处理，生产和化石柴油一样的高热值燃料。脂肪就是甘油酸三脂，热值是38.9兆焦耳/公斤，经过处理后，可以进一步提高热量。其加工过程简单，不需要化工的高温高热的环境，不污染环境。而且生物柴油燃烧性比现在的柴油还要好，尾气排放更加环保，氮氧化物和二氧化硫含量更低，燃烧更加充分，是未来柴油的首要替代品。

2、但是目前生物柴油的来源主要是废弃的动物脂肪，来源大大受限，成本较高，应用不是很广泛。藻类作为生物柴油的潜在来源，具有极大的前景。但是由于目标规模化中成本高，产量低，收集成本高，导致并没有大规模应用。

技术实现思路

1、本发明在于提供一种低能耗生产生物燃料的方法及系统，还涉及一种用于培养藻类的添加无机碳源成分的培养液，及一种用于培养藻类的添加无机碳源成分的培养液，以及一种利用碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明的第一方面，提供一种用于培养藻类的添加无机碳源成分的无机碳源培养液，包括基础培养基及其添加的无机碳源成分，所述无机碳源成分包括为藻类生长提供碳源的碳酸盐和/或碳酸氢盐；无机碳源成分的浓度为1-10mmol/l，优选的，无机碳源成分的浓度为1-5mmol/l。

4、本发明提供的用于培养藻类的无机碳源培养液，其中，所述藻类包括但不限于微藻、丝状藻、芜萍中的至少一种，其中，芜萍是可快速繁殖的小型植物浮萍科植物。

5、本发明提供的用于培养藻类的无机碳源培养液，其中，所述碳酸盐和/或碳酸氢盐来源于发动机尾气和/或工业尾气中二氧化碳回收形成。进一步，所述发动机包括但不限于汽油机、柴油机。

6、本发明提供的用于培养藻类的添加无机碳源成分的无机碳源培养液，其中，所述碳酸盐溶液包括但不限于碳酸钠(na2co3)、碳酸钾(k2co3)中的一种或两种以任意比例混合的混合溶液。

7、本发明提供的用于培养藻类的添加无机碳源成分的无机碳源培养液，其中，所述碳酸氢盐溶液包括但不限于碳酸氢钠(nahco3)、碳酸氢钾(khco3)中的一种或两种以任意比例混合的混合溶液。

8、本发明提供的用于培养藻类的添加无机碳源成分的无机碳源培养液，其中，所述基础培养基包括硝酸盐、硫酸盐、钾盐、钠盐、硫酸亚盐、氯化盐、硅酸盐等中的至少一种；优选的，包括硝酸钠、硫酸钾、磷酸二氢钾、硫酸镁、氯化钙、硝酸钾、硫酸铜、硫酸亚铁、硫酸锰、硫酸镍、氯化钴、硫酸锌、硅酸钠、钼酸钠、碘化钾中的一种或两种以上以任意比例混合的混合溶液。

9、本发明的第二方面，提供一种用于培养藻类的添加有机碳源成分的有机碳源培养液，包括基础培养液及其添加的有机碳源成分，所述有机碳源成分包括甲酸、甲酸盐、乙酸、乙酸盐、甲醇、乙醇、葡萄糖、蔗糖、氨基酸中的一种或两种以上以任意比例混合的混合溶液。

10、本发明提供的用于培养藻类的添加有机碳源成分的有机碳源培养液，其中，所述有机碳源成分的质量浓度为0.05％-35％。优选的，所述有机碳源成分的质量浓度为0.05-3.0％。更优选的，所述有机碳源成分的质量浓度为0.1-1％。

11、本发明提供的用于培养藻类的添加有机碳源成分的有机碳源培养液，其中，所述有机碳源成分包括甲酸、乙酸、甲醇、乙醇、葡萄糖、蔗糖、氨基酸的混合溶液，该混合溶液中甲酸、乙酸、甲醇、乙醇、葡萄糖、蔗糖、氨基酸的质量浓度均为0.05％-5％，其中，甲酸、乙酸、甲醇、乙醇、葡萄糖、蔗糖、氨基酸的质量浓度可以相同也可以不相同。

12、本发明提供的用于培养藻类的添加有机碳源成分的有机碳源培养液，其中，所述基础培养基包括硝酸盐、硫酸盐、钾盐、钠盐、硫酸亚盐、氯化盐、硅酸盐等中的至少一种；优选的，包括硝酸钠、硫酸钾、磷酸二氢钾、硫酸镁、氯化钙、硝酸钾、硫酸铜、硫酸亚铁、硫酸锰、硫酸镍、氯化钴、硫酸锌、硅酸钠、钼酸钠、碘化钾中的一种或两种以上以任意比例混合的混合溶液。

13、本发明的第三方面，提供一种利用碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法，包括如下步骤：

14、将发动机尾气或工业废气中二氧化碳转化成的碳酸盐和/或碳酸氢盐配置成上述无机碳源培养液，利用该无机碳源培养液对藻类进行第一次培养。

15、本发明提供的利用碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法，其中，所述第一次培养在光照条件下进行。

16、本发明提供的利用碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法，其中，还包括：所述第一次培养过程中，持续或间歇式提供二氧化碳。

17、本发明提供的利用碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法，其中，还包括：所述第一次培养过程中，持续或间歇式提供上述无机碳源培养液或上述无机碳源成分，以满足第一次培养对无机碳源培养液或上述无机碳源成分的需求量。

18、本发明提供的利用碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法，其中，还包括：第一次培养后得到第一混合液，所述第一混合液包括第一次培养后进行生长和繁殖的藻类及剩余的所述无机碳源培养液；利用上述有机碳源培养液和所述剩余的无机碳源培养液对第一混合液中的藻类进行第二次培养，得到第二混合液。

19、本发明提供的利用碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法，其中，当所述第一混合液的浓度达到光线透过率小于50％时，进行所述第二次培养。

20、本发明提供的利用碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法，其中，所述第二次培养在光照条件下进行。

21、本发明提供的利用碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法，其中，在第二次培养过程中，持续或间歇式补充上述无机碳源培养液或上述无机碳源成分，以及上述有机碳源培养液或上述有机碳源成分，以使所述第二次培养是在含有无机碳源成分和有机碳源成分的存在下进行。

22、本发明提供的利用碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法，其中，还包括：所述第二次培养过程中，持续或间歇式提供二氧化碳。

23、本发明提供的利用碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法，其中，还包括：利用上述有机碳源培养液对所述第二混合液进行第三次培养，培养后得到第三混合液。第三混合液中藻类培养物浓度达200克/升以上。第三次培养所用的有机碳源培养液的成分与第二次培养所用的有机碳源培养液的成分可以相同也可以不相同。

24、本发明提供的利用碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法，其中，当所述第二混合液的浓度达到光线透过率小于20％时，进行所述第三次培养。

25、本发明提供的利用碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法，其中，所述第三次培养在光照条件下进行。

26、本发明提供的利用碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法，其中，还包括：所述第三次培养过程中，持续或间歇式提供二氧化碳。

27、本发明提供的利用碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法，其中，还包括：在第三次培养过程中，持续或间歇式提供上述有机碳源培养液或上述有机碳源成分，以满足第三次培养对有机碳源培养液或上述有机碳源成分的需求量。

28、本发明提供的利用碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法，其中，还包括：为所述第一次培养提供光照，该光照可以为自然光也可以是补光灯提供的光源。当第一混合液的浓度达到光线透过率小于50％时，进行第二次培养。

29、本发明提供的利用碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法，其中，为所述第一次培养提供光照，光照可以为自然光也可以是补光灯提供的光源。当第二混合液的浓度达到光线透过率小于20％时，进行第三次培养。

30、本发明提供的利用碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法，其中，为所述第三次培养提供光照，光照可以为自然光也可以是补光灯提供的光源。

31、本发明提供的利用碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法，其中，当第三混合物中培养物浓度达到200克/升以上时，优选的，可以继续培养至脂肪酸含量达到50％以上时，开始收集。

32、本发明的第四方面，提供一种低能耗生产生物燃料的方法，包括如下步骤：

33、s11：利用萃取剂对上述碳酸盐作为碳源生产高浓度藻类的方法中得到的第一混合液、第二混合液、第三混合液中至少一种进行萃取；

34、s12：步骤s11萃取后，分层，上层得到脂肪类物质，下层为藻渣；

35、s13：对步骤s12得到脂肪类物质进行减压分馏，分离得到萃取剂和生物柴油。

36、本发明提供的低能耗生产生物燃料的方法，其中，还包括步骤s14：步骤s13得到的萃取剂回流至步骤s11中使用。萃取剂零损失，并可再循环利用。

37、本发明提供的低能耗生产生物燃料的方法，其中，还包括步骤s15：步骤s12得到的藻渣添加到第一混合液、第二混合液、第三混合液中作为藻类生长的营养物质，回收再利用。

38、本发明提供的低能耗生产生物燃料的方法，其中，所述萃取剂包括二甲醚，萃取剂二甲醚零损失，并可再循环利用。

39、本发明的第五方面，提供一种低能耗生产生物燃料的系统，包括：

40、培养单元，用于培养藻类；所述培养单元包括至少一个培养室；

41、其中，当所述培养单元包括两个以上所述培养室，各所述培养室依次排列且相邻的所述培养室之间相互连通。

42、本发明提供的低能耗生产生物燃料的系统，其中，相邻的所述培养室之间通过开关控制连通。

43、本发明提供的低能耗生产生物燃料的系统，其中，依次排列的所述培养室的容积依次增大，或依次减小。

44、本发明提供的低能耗生产生物燃料的系统，其中，所述培养室为透光的容器。

45、本发明提供的低能耗生产生物燃料的系统，还包括二氧化碳补气装置，为所述培养室提供二氧化碳。

46、本发明提供的低能耗生产生物燃料的系统，还包括补光灯，为所述培养室提供光照。

47、本发明提供的低能耗生产生物燃料的系统，还包括萃取剂供应器，用于向所述培养室内提供萃取剂。

48、本发明提供的低能耗生产生物燃料的系统，还包括萃取装置，用于对所述培养室内培养的藻类进行萃取，得到萃取后，分层得到上层的脂肪类物质和下层的藻渣。

49、本发明提供的低能耗生产生物燃料的系统，还包括减压分馏装置，对萃取后的脂肪类物质进行减压分馏，分离得到萃取剂(例如二甲醚)和生物燃料。

50、本发明提供的低能耗生产生物燃料的系统，还包括向所述培养室补充培养液的补给装置。

51、本发明中“基础培养基”是指藻类培养所需的生长营养液。

52、本发明中藻类培养液以工业尾气和/或发动机尾气中二氧化碳回收形成的碳酸盐和碳酸氢盐为无机碳源，和/或以甲酸、乙酸、糖类等为有机碳源，促进藻类光合和增殖生长。本发明还利用二甲醚萃取、减压分馏方法分离得到生物柴油，与现有技术利用离心、干燥技术相比较，成本低能耗少。

53、本发明还具有如下技术效果：

54、1.利用工业尾气和/或发动机尾气中二氧化碳回收形成的碳酸盐溶液和/或碳酸氢盐溶液作为藻类培养基的碳源，大大降低了藻类培养中二氧化碳来源和成本问题，实现了藻类生产的低成本化。

55、2.大大提高了藻类培养密度，提高了单位面积产量，可使用补光灯提供藻类培养所需的光源，实现了阴天、夜里都可以连续生产。

56、3.通过对藻类进行萃取、减压蒸馏处理得到生物燃料(生物柴油)，大大降低了藻类的收集成本和能耗，实现了不收集藻类而得到生物柴油的方法。