[发明专利]太阳能驱动生化热化学转化制取微藻燃料方法及系统

说明书

本发明公开了太阳能驱动生化热化学转化制取微藻燃料方法及系统；一种太阳能驱动生化热化学转化制取微藻燃料的方法，其特征在于，按照以下步骤完成：步骤一：在微藻高密度培养及采收系统中进行微藻培养及定期收获；步骤二：将收获的藻浆通入太阳能水热预处理系统中进行水热水解，所得产物在固液分离器中进行分离，得到水热水解液和藻渣；步骤三：水热水解液通入生物质发酵制气系统中产生物气，藻渣首先进行油脂萃取，所得的油脂进入生物质生物油炼制系统中用于生产生物柴油，脱脂后的藻渣通入生物质发酵制气系统中产生物气；步骤四：利用碳酸钠进行生物气提纯并回收CO₂用于微藻培养；系统由太阳能光伏供电。本发明可广泛应用在能源、等领域。

技术领域

本发明涉及可再生能源利用领域，具体涉及一种太阳能驱动生化热化学转化制取微藻燃料方法及系统。

背景技术

随着我国科学技术的进步和社会的蓬勃发展，人们对化石燃料的需求量日益增大，然而由于国际石油输出国的政局频繁动荡，使得化石燃料的供给稳定性日益受到影响。此外，大量化石燃料的燃烧也进一步加剧了温室效应和环境污染。因此，由可再生生物质为原料制取绿色生物燃料用于替代化石燃料的研究已经成为人们关注的焦点

在广泛的生物质燃料原料之中，藻类的生产力约占全球总植物生产力的45％，故藻类光合作用对于维持地球生态系统的正常运转起着关键的作用。在众多藻类中，微藻作为一种能实现光合自养的单细胞微生物，因其具有光合效率高、生长速度快、环境适应能力强，油脂和碳水化合物含量高、不与耕地和饮用水相竞争、用途广泛等特点，被广泛应用于固定电厂烟气中的温室气体(主要为二氧化碳)从而缓解全球气候变暖的趋势以及生产生物燃料以解决能源短缺的问题，被认为是一种具有良好前景的制造生物燃料的第三代原料。目前，利用微藻生物质制取的生物燃料主要是以生物柴油为代表的液态燃料和以氢气、甲烷为代表的气态燃料两大类。其转化方法主要有直接酯交换法、微生物发酵法、热解法、水热气化法、水热液化法等。据统计，若培养1千克的微藻，则可以固定1.83kg CO₂，产生物柴油0.3kg，生物燃气370L。

然而，利用微藻生物质制取生物燃料在表现出诱人发展前景的同时也面临诸多问题，例如，1)产业化大规模的微藻培养常以光合自养培养为主，然而由于户外光照的不稳定导致该培养模式下的微藻生物质浓度普遍偏低，从而也增加了采收的成本；2)利用干燥后的微藻生产能源产品的过程能量“入不敷出”；3)藻浆预处理过程及生物燃料转化过程能耗高，效率低；4)整个生物质制取生物燃料过程的循环利用性较差等。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种太阳能驱动生化热化学转化制取微藻燃料方法及系统，解决传统的利用微藻生物质制取生物燃料过程中微藻生物质产量低、操作复杂、能耗高、成本高、循环性差等问题。

本发明的技术方案是：一种太阳能驱动生化热化学转化制取微藻燃料的方法，其特征在于，按照以下步骤完成：

步骤一：将新鲜藻种接种至微藻高密度培养及采收系统中进行半连续式培养，并定期将藻液进行浓缩和收获。

步骤二：将收获的高浓度藻浆通入太阳能水热预处理系统中进行水热水解，水解完成后所得产物在固液分离器中进行分离，得到水热水解液和藻渣。

步骤三：分离所得的水热水解液被通入生物质发酵制气系统中，分离所得的藻渣首先进行油脂萃取，油脂萃取所得的油脂进入生物质生物油炼制系统中用于生产生物柴油，脱脂后的藻渣则被通入生物质发酵制气系统中；生物质发酵制气系统对水热水解液和脱脂后的藻渣先进行酸化处理，再进行两步法厌氧发酵生产氢气混合气和沼气。

步骤四：将厌氧发酵产生的氢气混合气和沼气通入碳酸钠溶液中进行脱碳提纯获得纯净的氢气和甲烷气，吸收了大量二氧化碳的碳酸钠溶液转化为碳酸氢钠溶液，将碳酸氢钠溶液通入微藻高密度培养及采收系统中用于微藻培养，而经过采收所得的培养液则重新回流至碳酸钠溶液中用于二氧化碳的吸收。