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1、(10)授权公告号 CN 101748053 B (45)授权公告日 2013.08.21 CN 101748053 B *CN101748053B* (21)申请号 200810240028.7 (22)申请日 2008.12.17 C12M 1/107(2006.01) C12M 1/02(2006.01) (73)专利权人 新奥科技发展有限公司 地址 065001 河北省廊坊市开发区华祥路新 源东道科技园 B 区 (72)发明人 石蕾 张惠敏 王慧岭 马卫敬 陈伟 刘敏胜 (74)专利代理机构 北京品源专利代理有限公司 11332 代理人 巩克栋 CN 101307288 A,2008.。
2、11.19, WO 2007025145 A2,2007.03.01, (54) 发明名称 微藻养殖并制备生物能源的反应系统 (57) 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)、。
3、 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。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 王翔宇 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)授权公告号 CN 101748053 B CN 101748053 B *CN101748053B* 1/1 页 2 1. 一种微藻养殖并制备生物能源的反。
4、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， 该微藻光反应器为管式光反应器 ； 该收集装置 ： 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 ； 该反应系统包括生物柴油制备装置， 该生物柴油制备装置 ： 包括萃取罐 （12） ， 其中， 板 框过滤机 （9） 产生的藻泥投入到该萃取罐 （12） 中 ； 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。
5、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。
6、交换反应釜 (16) 相连， 进口与酯交换蒸馏釜 (19) 相连 ； 其中， 微藻养殖和生物能源制备连续进行。 2. 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。 3.根据权利要求12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。 4.根据权利要求12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。 5. 根据权利要求 3 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。 6. 根据权利要求 4 所述的系统， 其特征在于， 系统中蒸馏出的溶剂油通。
7、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。 7. 根据权利要求 5 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。 权 利 要 求 书 CN 101748053 B 2 1/4 页 3 微藻养殖并制备生物能源的反应系统 技术领域 0001 本发明属于生物工程和清洁能源领域， 涉及养殖微藻的大型光反应器和利用微藻 油脂制备生物能源的设备， 为一套完整养殖微藻并生产生物柴油的系统。 背景技术 0002 。
8、目前生物柴油的制备多采用油料植物、 粮食作物、 地沟油等原料， 具有成本高、 生 长周期长和受环境限制等特点。而采用藻类作为制备生物柴油的材料， 则具有光合作用效 率高、 环境适应能力强、 生长周期短、 生物产量高等优点。 0003 微藻的大型养殖主要是在反应器中进行， 类型多为开放跑道池式和密闭管式两 种， 或在此基础上的改造和延伸。 生物柴油工业普遍采用的方法为酯交换法， 大多数生产设 备主要包括预酯化装置、 酯化装置、 水洗装置等。生物燃气多采用发酵法。 0004 本发明将微藻养殖技术和生物能源制备技术相结合， 并在此基础上进一步创新， 省略了预酯化装置， 水洗装置等， 简化流程， 提高。
9、效率， 节约成本， 是一整套适合养殖微藻并 制备生物能源的反应系统。 发明内容 0005 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 ： 0006 1、 微藻养殖系统 ： 包括管式光反应器和微藻收集装置。 0007 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。 0008 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。
10、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。 0009 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)。 0010 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。
11、备装置。 0011 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。
12、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 说 明 书 CN 101748053 B 3 2/4 页 4 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。 0012 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。 0013 本发明养殖微藻并制备生物能源的反应工艺步骤为 ： 0014 1. 利用管式光反应器养殖微藻 0015 将配制好的培养基加入到滤液储。
13、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。CO2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。 0016 2. 从光反应器中收集微藻 0017 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。
14、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。 0018 3. 生物柴油的制备 0019 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。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。 0020 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)。
15、 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 60 100， 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 70， 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。 0021 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，。
16、 温度一般保持在 80 110， 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。 0022 4. 生物燃气的制备 0023 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 40， pH 调节到 4.0 4.5 ； 第二阶段产甲烷发酵温度保持在 3540， pH调节到6.87.5。 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。 0024 此反应系统的优点在于 ： 0025 (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。
17、制备连续化， 结构紧凑， 利用率高， 成本低。 0026 (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 说 明 书 CN 101748053 B 4 3/4 页 5 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。 0027 (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。 0028 (4)所用有机溶剂均可回收再利用。
18、， 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。 附图说明 0029 图 1 为本发明微藻养殖系统结构示意图 . 0030 图 2 为本发明微藻提油装置和发酵装置系统结构示意图。 0031 图 3 为本发明酯交换系统结构示意图。 0032 图 4 为本发明的连续生产结构示意图。 0033 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 (。
19、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)。 0034 其中， 图 4 为摘要附图。 具体实施方式 0035 本发明提供一种养殖微藻并制备生物能源的反应系统。 0036 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。
20、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。 0037 实施例 1 ： 利用环形管式光反应器养殖微藻 0038 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。CO2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。 0039。
21、 实施例 2 ： 从光反应器中收集微藻 0040 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。 0041 实施例 3 ： 生物柴油的制备 0042 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) 说 明 书 CN 101748053 B 5 4/4 页 6 中。溶剂油。
22、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 70。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。 0043 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60100， 搅拌412h后停 止。
23、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6070， 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。 0044 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 80 110， 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。 0045 实施例 4 ： 生物燃气的制备 0046 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 40， pH 调节到 4.0 4.5 ； 第二阶段产甲烷发酵温度保持在 3540， pH调节到6.87.5。 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。 说 明 书 CN 101748053 B 6 1/2 页 7 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 101748053 B 7 2/2 页 8 图 4 说 明 书 附 图 CN 101748053 B 8 。