[发明专利]用于从生物质回收油质化合物的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年7月26日提交的美国临时专利申请系列号61/367,763和2011年1月12日提交的美国临时专利申请系列号61/432,006的权益，它们每篇通过引用整体并入本文中用于所有目的。

背景技术

燃料产品(诸如油、石油化学制品和可用于生产石油化学制品的其它物质)的需求与日俱增。在2030年之前，预计能源需求(主要以油和气的形式)会增加45％。在许多国家中，存在油使用和油生产之间的不平衡。例如，据估测，在2008年中，美国每天消费大约1900万桶油，而每天仅生产约800万桶。随着国内产量达到平稳期或下降，预期这种不平衡在将来会显著增加。由于经济和国家安全原因，重新关注除了化石燃料以外的烃类的替代性来源的开发。

另外，化石燃料的燃烧已经与地球大气中逐渐增加的二氧化碳水平相关联。二氧化碳的这种增加又已经与地球温度的逐渐升高相关联。根据一些估测，如果碳排放不减少的话，在本世纪结束之前，地球平均温度可能升高多达6℃。由于诸如沿海水泛滥和农作物衰退等原因，这样的地球温度升高将对人类文明产生重大影响。结果，在开发碳中性的能源或导致极大减少的净CO₂生成的能源方面，已经存在增加的兴趣。并且，随着化石燃料变得在技术上更难以获得，关于化石燃料生产中的污染和环境危害的公众意识已经增加。

结果，关于生产燃料产品的替代方法，存在日益增加的兴趣和需求。生物质和特别是含有脂质的微生物，会提供用作燃料的烃类的替代来源。光合微生物(诸如光合微藻和光合细菌)由于下述原因是特别有用的：它们能够从大气中除去二氧化碳，和实际上它们不直接与食物生产竞争资源。

藻类是高适应性的植物，其能够在宽范围的条件下快速生长。大多数藻类物种适合在含水环境中生长，并且可以使用光作为能源在液体培养基中培养。使用日光进行光合作用，在室外场合中、在池塘或其它开放式或封闭式容器中大规模培养藻类的能力，会增加它们用于能量的生物生产、环境补救和碳固定的实用性。

水生微生物用于生产燃料的用途的关键是，从生物体有效地且经济地回收油的能力。鉴于大多数光合藻类和细菌是水生的，优选地，所述方法适用于从具有高含水量的生物质回收油。

发明内容

在本文描述的许多实施方案中，包括一种用于从生物质得到油质组合物的方法，所述方法包括：获得包含生物质和水的原料，在有或没有混合下，在封闭式反应器中，将所述含水组合物加热到约220℃至约500℃的温度，并将所述含水组合物在该温度保持0分钟(即没有保持时间)至约4小时。所述原料可以已经经过或没有经过本文所述的预处理。将所述原料冷却到环境温度至约150℃，然后酸化pH到约2.0至6.0之间。将酸化的组合物加热到约40℃至约150℃，并在有或没有混合下在该温度保持0分钟(即没有保持时间)至约4小时的时段。然后可以不经进一步处理使酸化的组合物相分离成至少一个有机相和水相，并取出有机相。在某些情况下，至少第三个微粒或固相也可能存在。可替换地或另外地，可以使用溶剂萃取。如果使用溶剂萃取，加入的溶剂的体积大约大于酸化的组合物中的水的体积，以生成溶剂萃取组合物。使用的溶剂可以是在水中不溶性的或基本上不溶性的溶剂，但是油质化合物在其中是可溶性的或基本上可溶性的。使所述溶剂萃取组合物达到约20℃至约150℃的温度，并使所述组合物在有或没有混合下在该温度保持0分钟(即没有保持时间)至约4小时的时段。将所述溶剂萃取组合物分离成至少一个有机层和一个水层。在有些实施方案中，至少一个微粒或固体层也存在。然后得到所述有机层，并除去溶剂，以得到在所述有机层中的油质化合物。

在有些实施方案中，对生物质进行预处理，所述预处理包括：将所述生物质加热到约80℃至约220℃的温度，然后可以除去液体或水相。在有或没有搅拌或搅动下，将所述生物质在该温度保持约5分钟至约60分钟。在某些实施方案中，将所述物质在约170℃至210℃之间保持约20分钟至40分钟。在有些实施方案中，在预处理过程中，具体地在加热过程中，将酸加入所述生物质中。在某些实施方案中，在预处理过程中，将所述生物质的pH调至约pH 3至pH 6之间。在其它实施方案中，所述预处理另外包括：在除去液相以后，冲洗所述生物质。在某些实施方案中，冲洗包括：加入水，例如去离子水，其体积等于除去的液相的体积，将所述生物质和水在环境温度混合约5-30分钟，并除去冲洗液体。在其它实施方案中，在预处理之后和在进一步处理之前，向所述生物质中加入水(例如去离子水)，其量等于除去的液体的量。