[发明专利]一种清洁的微藻油脂利用装置及其方法

说明书

技术领域：

本发明涉及微藻清洁利用和生物能源开发领域，具体涉及一种清洁的微藻油脂利用装置及其方法。

背景技术：

随着工业领域飞速发展，社会对能源的需求越来越大。煤炭、石油等传统非可再生燃料日益紧缺。另一方面，化石燃料燃烧过程中大量二氧化碳急速排放大气，影响我们赖以生存的环境。微藻是一类广泛存在，并能快速利用二氧化碳的生物。作为第三代生物质能源，微藻有主要3方面优点1，快速利用大气中二氧化碳并释放氧气；2，不与传统农作物竞争土地；3，与传统能源作物相比光合效率更高，等面积土地上具有更大的燃料生产潜力。因而，开发与利用微藻能源，对实现可持续发展、保障国家能源安全、改善生存环境和二氧化碳减排都具有重要作用和实际意义。

现阶段，微藻主要通过水热法(Hydrothermal Liquefaction)利用：在2,000–3,000psia，300–350℃下将部分脱水的微藻(20wt％TS)转化为C4等短链，石脑油组分，柴油组分，重链油组分；重链油组分通常进一步经传统的加氢裂化(hydrocracker)工艺裂解成石脑油组分和柴油组分。

发明内容：

微藻中含有大量的蛋白和糖类，组分组成为CH_1.7O_0.4N_0.15P_0.0094，氮约为微藻干重的4-8％wt，直接水热法转化微藻时，微藻中糖和蛋白组分将使微藻水相部分含有很高的COD和氮含量；油相中将含有较高的氮、硫、氧组分——水热反应后，水相中C:N比远低于厌氧发酵的适合C:N比27-32:1，很难被微生物直接厌氧发酵；而油相组分中氮、硫、氧会对利用微藻柴油的装置和设备有毒害。因而，现阶段，微藻水热法处理需包含复杂的净化工艺：水相部分，主要通过催化水热气化工艺(Catalytic Hydrothermal Gasification)，将微藻中的有机物转化为二氧化碳和甲烷从而加以利用；粗油层通常借助石油精炼工艺的——加氢过程(hydrotreating process)纯化；氮、硫、氧组分将转化为氨气、硫化氢、二氧化碳和水。微藻本身丰富的蛋白和糖营养组分在后期净化工艺中成为影响微藻油脂品质的障碍；后期复杂的净化工艺的本质，是将天然有机营养转化为氨气、硫化氢和二氧化碳等废气形式；造成了资源的浪费。

本发明的目的是针对直接水热法转化微藻的缺陷，提供一种清洁的微藻油脂利用装置及其方法，有效分离利用蛋白和糖类，通过有序的方式提取和利用不能转化生物油的蛋白和糖类；既可全面利用微藻丰富的营养组分，还可避免后期变宝为废的净化工艺，防止氨气、硫化氢等有害气体产生。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种清洁的微藻油脂利用装置，该装置包括依次连通的微藻培养系统、微藻沉降系统、微藻分离系统、预处理系统、蛋白提取系统、多糖提取系统、微藻脂类利用系统，此外还包括微藻回收利用系统，所述蛋白提取系统、多糖提取系统、微藻脂类利用系统分别经微藻回收利用系统跟微藻微藻培养系统连通，形成回路；所述微藻微藻培养系统跟二氧化碳尾气连通，用来培养微藻以吸收二氧化碳尾气；所述微藻脂类利用系统由微藻水热反应系统和/或厌氧发酵系统组成；所述微藻水热反应系统包括预热系统，活塞流动水热反应器，三相分离系统。

所述的微藻培养系统为光生物反应器，所述光生物反应器选自发酵罐式光反应器，管式光反应器或板式光反应器中的一种。

所述的微藻培养系统优选用温度光照适宜的跑道式微藻培养系统。

所述微藻分离系统选自过滤装置或絮凝装置或气浮装置或离心装置或沉降系统中一个或一个以上的耦合的装置。

所述预处理系统包括物理破碎或细胞溶解装置。

优选地，所述蛋白提取系统跟所述多糖提取系统整合成一个系统，为酶解提取系统。

本发明还提供一种清洁的微藻油脂利用方法，包括以下步骤：

a、利用上述微藻培养系统培养微藻以吸收二氧化碳尾气，所述微藻以工业废水或配置培养液作为培养液，微藻成熟后，通过上述沉降系统和分离系统分离出微藻，得到的微藻再经预处理系统后进入所述蛋白提取系统、多糖提取系统进行提取，分离得到蛋白和糖；所述蛋白提取系统、多糖提取系统的残渣分别经所述微藻回收利用系统回收，为微藻培养系统提供营养；

b、步骤a得到的提取液分离出蛋白和糖后，油相部分进入所述微藻脂类利用系统中通过常规石化方法获得柴油或航空煤油；所述固相是未能水解的残渣，可直接用于厌氧发酵，或气化产电或经所述微藻回收利用系统回收，为微藻培养系统提供营养。