微藻培养耦合生物柴油炼制的生产方法

摘要

本发明涉及微藻培养工程领域、生物柴油炼制领域以及环保领域，具体说是一种微藻培养耦合生物柴油炼制的生产方法。该法利用二氧化碳工业废气与富营养化地表水或工业废水为主要原料，进行大规模培养含油微藻，并以微藻油为原料炼制生物柴油，同时实现二氧化碳的减排、污染水体的治理，以及生物柴油的清洁生产，其特征在于首先利用二氧化碳废气、富营养化水体培养与采收微藻，然后进行微藻油的萃取、预处理及酯交换反应，本发明把微藻培养与生物柴油炼制两过程耦合在一起，将生物柴油炼制过程中产生的“三废”和废热以及滞销的副产物粗甘油用作微藻培养的原料和热源，既降低了生产成本，又消除了“三废”排放。

主权项

微藻培养耦合生物柴油炼制的生产方法，涉及藻种、三角烧瓶、气升式光生物反应器、小型气推式光生物反应器、大型气推式光生物反应器、气浮罐、培养液调配罐、高压均质机、萃取釜、卧式螺旋离心机、油水分离器、多功能反应釜、分液器、甲醇回收塔、甲醇贮罐、水洗罐、蒸馏塔、生物柴油贮罐、燃油锅炉、甲醇、浓硫酸、氢氧化钠、培养液、二氧化碳与氮气混合气、二氧化碳工业废气、过滤空气，其特征在于：a.利用二氧化碳废气、富营养化水体培养与采收微藻首先将藻种接种到装有培养液的三角烧瓶中，把这些三角烧瓶放到摇床中进行一级扩种培养，培养温度为25℃，培养时间为3～6天，制得二级藻种；其后在气升式光生物反应器中先加入培养液，立即接种上述二级藻种进行二级扩种培养，培养温度为25℃，并往气升式光生物反应器中通入二氧化碳与氮气的混合气，混合气中二氧化碳浓度为3～6％，压力减压至常压，通气量为50～150升/分钟，培养时间为3～6天，微藻进入对数生长期，制得三级藻种；然后在小型气推式光生物反应器中加入培养液使液位达到10厘米，开动小型气推式光生物反应器中的通气装置产生培养液的主体流动，随后接种上述三级藻种进行三级扩种培养，小型气推式光生物反应器置于室外，在白天连续通入燃油锅炉排放的烟道气，烟道气的二氧化碳含量经过滤空气稀释到1～5％，以保证微藻的生长，在晚上通入过滤空气维持微藻的呼吸，采用通热/冷风、热/冷水调温手段将培养液的温度控制在20～25℃，然后逐步加入培养液使液位达到35厘米，持续培养微藻4～6天后，微藻进入对数生长期，制得适用于工业化生产装置的工业生产藻种；工业化生产装置为置于室外的按行与列并联布置的大型气推式光生物反应器，先在反应器中加入培养液使液位达到10厘米，然后开动通气装置产生培养液的主体流动，随后接种上述工业生产藻种，并逐步加入培养液使液位达到20厘米，在白天连续通入二氧化碳含量经过滤空气稀释到1～5％的二氧化碳工业废气，以保证微藻的生长，在晚上通入过滤空气维持微藻的呼吸，采用通热/冷风、开天窗通风、遮光调温手段，将培养液的温度控制在15～35℃；检测到培养液中的养分减少或藻液液位下降后，通过补液管进行补液，补液后的最高液位为30厘米；视微藻培养液浓度不定期采收微藻，即打开排液管阀门排出藻液，当大型气推式光生物反应器的液位降至15～20厘米时停止排液，以控制每次的采收率在10～30％；微藻的采收采用在气浮罐中通入二氧化碳废气的气浮采收法进行，同时实现向微藻培养液中补充溶解的二氧化碳；b.微藻油的萃取、预处理及酯交换反应气浮采收获得的微藻经高压均质机破壁后，经过萃取釜用脂肪酸甲酯萃取微藻油，萃取比例为1～4∶1，对萃取后的物料采用卧式螺旋离心机进行液固分离，分离出的液相加到油水分离器中分离成油相与水相，油相为微藻油；微藻油的预处理及其炼制生物柴油的设备采用多功能反应釜，在多功能反应釜中加入微藻油，先进行真空脱水，然后加入甲醇与浓硫酸进行预酯化反应，使原料油中的游离脂肪酸酯化为脂肪酸甲酯，预酯化反应结束后，根据已加入的浓硫酸量，计算正好完全中和所需氢氧化钠的量，在反应釜中加入配好的氢氧化钠饱和溶液进行中和反应，反应结束后，在对多功能反应釜釜体继续恒温加热的情况下抽真空脱水、脱甲醇，甲醇通过精馏与水分离后回用；微藻油预处理完毕后，在多功能反应釜中加入甲醇以及碱催化剂氢氧化钠，进行酯交换反应，使原料油中的脂肪酸甘油酯反应生成脂肪酸甲酯，酯交换反应结束后，在对多功能反应釜釜体继续恒温加热的情况下抽真空脱甲醇，甲醇被冷凝后直接回用；真空脱甲醇后，从多功能反应釜中排出产物脂肪酸甲酯与副产物甘油的混合物，然后通过静置分层或离心分离后，对粗脂肪酸甲酯进行水洗与蒸馏，制得符合中国或德国国家标准的生物柴油；分离出的粗甘油中的10～70％作为微藻培养的碳源之一，添加到微藻培养液调配罐中，其余的粗甘油进一步精制；对粗生物柴油水洗过程中产生的氢氧化钠废水作为二氧化碳的吸收剂，吸收后产生的碳酸氢钠作为微藻培养的营养盐；氢氧化钠废水加到气浮罐中，调高藻液的pH值；氢氧化钠废水加到培养液调配罐中，调节培养液的pH值；浓硫酸与氢氧化钠中和后生成的盐废料加到培养液调配罐中，成为咸水微藻培养的盐分来源与营养盐；多功能反应釜夹套中流出的低温热水作为调节气推式光生物反应器培养液温度的热源介质。