CN101820743A - 用于生物燃料的藻类生长 - Google Patents

Abstract

一种藻类优质生产的方法和装置，包括以下步骤：控制生长以提供集中的生长以供应用于藻类养殖的启动装置；主要适用太阳光养殖藻类；将成熟的藻类进行加工，优选使用湿法提取工序；其中至少一步包括使用能够和至少一种水、CO₂、氧气或者空气的气体或者液体相互连接的包。

Description

用于生物燃料的藻类生长

技术领域

本发明涉及一种用于制造生物燃料的藻类生长的方法和系统，尤其涉及一种促进制造生物燃料的藻类生长的装置。

背景技术

由于藻类生长快速，含有丰富的植物油，能够在容器或者池塘中栽培，将对土地和淡水的使用降到最低，藻类是生物燃料的良好来源。藻类可以给柴油类燃料的生产提供可持续的原料，而且CO₂排放量非常低。

生物燃料(烷基酯)是一种清洁燃烧的柴油燃料，由例如未使用的或者回收的废弃植物油，并且能够直接代替柴油作为纯燃料(B100)或者作为含氧添加剂(通常为5％-20％的B5和B20)的天然、可再生资源制成。生物柴油最大的生产商和使用者是欧洲。通常由油菜籽(加拿大油菜)油制成。用于生物柴油生产的原料的另外的来源包括棕榈油、动物脂以及所有废弃的脂类。美国，生物柴油第二大的生产商和使用者，所述燃料通常由豆油和玉米油制得。

然而目前正在考虑将使用粮食来源生产生物燃料加入世界粮食短缺的讨论中。

生物柴油已经在美国的环境保护署(EPA)注册为一种燃料和燃料添加剂。生物柴油作为一种有效的替代燃料已经被联邦政府和各州政府承认。

在常规柴油发动机使用生物柴油会导致未燃的碳氢化合物、一氧化碳和可吸入颗粒物大量减少。使用生物柴油可以减少可吸入颗粒物的固体碳组分(因为生物柴油中的氧能够更加充分的燃烧成为CO₂)，还可以去除硫酸盐组分(因为燃料中不含硫)，而可溶组分或者烃组分保持大致相同。因此，生物柴油可以和新技术完美结合，例如催化剂技术(其减少柴油微粒的可溶组分)，微粒过滤器技术，以及废气再循环技术(由于碳的减少从而潜在地延长发动机寿命)。

尽管排放数据更低，但是生物柴油在发动机中运行效果与从石油中得到的柴油相同。生物柴油减少排放，同时保持现有的车队、加油站、备用零件库存和成熟的柴油车技术不变。生物柴油能在基本不改变发动机并保持有效负载容量和柴油里程不变的基础上替代柴油。

生物柴油的使用是碳中性的。由于“碳交易”系统开始生效，因而其能够给生物柴油的使用者带来可观的经济效益。

生物柴油使人们呼吸更加安全。一项在美国进行的研究显示生物柴油排放物和石油柴油废气相比，能够显著降低多环芳香烃(PAH)和硝化PAH化合物的所有指标水平。PAH和nPAH化合物已经被确认为潜在的致癌化合物。亚慢性吸入测试结果显示，即使在物理上能达到的最高浓度下，生物柴油废气排放也不会引起中毒。上述结果确定地表明了生物柴油作为无毒、可再生的燃料在健康和环境方面的效益。

由若干政府和非政府组织资助的全球检测证实了生物柴油的毒性小于原油柴油，且生物降解和葡萄糖(一种检验标准糖)一样快。此外，生物柴油在超过125℃时有一个闪点，使得其在存储和处理时比原油柴油燃料更加安全。

根据应用、气候、季节，生物柴油的混合物可以从2％直到100％。在欧洲(特别是法国)，低硫柴油已经使用多年，添加生物柴油可以为除硫后缺乏润滑的柴油提供润滑。在需要最大环境效益的环境敏感区域(海洋、高山)和矿山，经常使用100％的生物柴油。在生物柴油用于公共汽车车队的美国，更多的使用20％的生物柴油以达到排放、成本和可利用性的最佳普遍平衡。

养殖藻类有两种主要方法。

第一种方法使用一系列通过搁在支撑结构上的导管相连的存储罐。藻类和水被泵送入管道以保证最大限度地暴露在阳光下，将CO₂由管道输送到设备中以喂养藻类。藻类污染的危险很小，因为他们生长在类似实验室条件下的封闭的环境中。每公顷的生产能力也很高，因而相比开放系统设备占用更少的土地。然而，因为必须有数公里长的导管以生产工业用量的燃油，其设备比较昂贵，同时维持设备清洁和运转的维护费用也很高。

第二种方法使用一种将水抽吸到一个将藻类暴露在阳光下的人工、露天水渠的连续回路的方法。目前开放式的池塘藻类养殖场的水沟有和市立的游泳池差不多等量的水。这种开放式的池塘相比封闭系统更加便宜，但是它们也有缺点：阳光只照得到靠近水面的藻类，水分很容易蒸发，温度很难控制。污染的危险性也比封闭系统大。以藻类为食的生物能够进入开放式的池塘。

因此，本发明的目的在于提供一种新的可以改善藻类生长和转化以获得天然燃油作为生物燃料使用的装置和系统。

本发明的另一个目的在于提供一种使用过量CO₂并因此改善工业碳排放足迹。

发明内容

本发明提供植物包，用于促进生产生物燃料的藻类的生长，包括：

一种基本上由柔韧的片状材料制成的包，能够得到大量现成的结构；；

所述的包，包括无色透明顶部薄膜以使阳光透过照到包中的藻类；和

一种金属反光底部薄膜以将阳光反射回到包中的藻类；

其中所述包包括一个与其高度、无色透明顶部薄膜和金属反光底部薄膜相对应的大的空间，以增加阳光和热量传导到包中的藻类原料以促进其生长。

本发明还提供一种系统，包括：

一个植物包，有与其高度相对应的巨大的空间，包括顶部基本上透明的表面材料；

一个阳光控制装置，在植物包的顶部表面上或者正上方；和

一个加热辅助装置，在植物包的底部表面上或者下方；

其中，对阳光控制装置和加热辅助装置的操控，确保在植物包内的热控制以使在预先设定的范围内确保充分的热量。

依照本发明的一种形式，提供一种由透明金属的或者反光的薄膜构成的密封包，其明确用于养殖藻类以收获想要的藻类油脂和蛋白质。

本发明的一个实施例中的所述植物包包括：

a.无色透明顶部薄膜，以使阳光透过照射包中的藻类；

b.金属反光底部薄膜，以反射阳光到包中的藻类；

c.多个连接点，以使液体形式或者气体形式的物质通过；

d.以及当顶部和底部薄膜有一中间物作为高氧障碍物来捕获藻类产生的氧气；

e.多个液体配送装置，由置于包内的管道和腔组成，以实现最大限度的搅拌；

f.和每个植物包最小面积为1平方米；

g.温度维持系统；

h.能够和其他包通过泵和罐连接在一起，以组成一个模块系统。

所述包会产生封闭的模块网络以提供受控制的空间来养殖特别的能最大化油脂和蛋白质产量的藻类。

所述植物包由在暴露在自然环境中时却能够不受天气影响以及抗变质的材料组成。

所述植物包模块系统包括可互相连接的多个包组成，另外还包括：

i)地面上装有加热和冷却配件的罐，位于提高的位置以达到最大限度的 静压力水头落差；

ii)传送泵，以使实现液体流动；

iii)置于管道热交换器上的平坦的地面上的包；

iv)可作为接受罐或者收获罐的地下罐。

所述植物包模块系统可以依照藻类生长到作为模块系统结果的最佳收获浓度的天数进行重复。

附图说明

为了使本发明更容易理解，通过对其中的附图进行说明对实施例进行描述。

图1是根据本发明的藻类养殖系统的简图；

图2是依照本发明实施例在图1藻类养殖系统中使用的并具有整体内部空气循环的植物包的一种形式的截面图；

图3是依照本发明实施例在图1藻类养殖系统中使用的并具有外部空气循环的植物包的第二种形式的截面图；

图4是依照本发明实施例藻类养殖系统的植物包的总体简图；

图5是依照本发明另一个实施例藻类养殖系统的植物包的总体简图；

图6是依照本发明另一个实施例含有3层包括太阳能包、植物包和温度控制包的藻类养殖系统的总体简图；

图7是图6具有多个连接进口和出口用于连接提供气体和液体的进口和出口的温度包的顶部俯视图；

图8是图6具有多个连接进口和出口用于连接提供气体和液体的进口和出口的植物包的顶部俯视图；

图9是图6具有多个连接进口和出口用于连接提供气体和液体的进口和出口的太阳能包的俯视图；

图10和11是能够容纳多个控制包用于促使初期藻类生长以部署图1-9的藻类养殖系统的植物包的模块控制室结构的透视图；

图12是用于图10和11显示的蜿蜒的循环路径的模块控制单元装置使用的控制包的正视图；

图13是图10和11模块控制装置使用的养殖包的正视图；

图14是从藻类中生产生物柴油的流程图；

图15是依照本发明实施例包括从混合可再生能源系统提供动力的藻类养殖模块化系统简图；

图16是依照本发明图15藻类养殖系统使用沉降罐的总体简图；

图17是依照本发明图15藻类养殖系统使用絮凝罐的总体简图；

图18是依照本发明藻类养殖系统的干燥袋的平面图；

图19是依照本发明在藻类养殖系统中使用干燥袋的总体简图；

图20是依照本发明的干燥袋的操作简图；

图21是依照本发明的燃油留在产品中的全脂提取工序，使用图18、19、20的干燥袋加工来自养殖场的藻类原料的加工流程图；

图22是依照本发明藻类养殖系统使用的温度罐的简图；

图23是依照本发明藻类养殖包括第一湿法提取工序的加工流程图；

图24是依照本发明藻类养殖包括第一湿法提取工序的加工流程图。

具体实施方式

根据附图，尤其是图1显示藻类养殖系统是模块化的且目前包括10个或者更多分支。每个分支通常有植物包。藻类的生长批量控制以便隔离任何受到污染的包或者分支。所述藻类养殖系统需要基于使用低成本方法以确保藻类养殖以生产生物燃料的较高的经济实质和基于开采的石油储备中得到的燃料的石油成本相比具有竞争性。

所述系统中使用五种不同形式的包，包括两种用于藻类控制阶段和三种用于藻类养殖阶段。如图10-13所示，在藻类控制阶段，养殖包和控制包是必须的。如图1-9所示，在藻类养殖阶段，本发明的一个实施例需要植物包、太阳能包和温度控制包。

藻类控制阶段的作用在于提供足够的藻类起始培养物以在预期的最适生长期开始后尽快得到藻类养殖产品。所述生长期取决于必须的场地的气候条件和养殖的藻类的种类。为了养殖藻类，藻类控制包括准备和供给营养物质。

因此所述藻类控制阶段对于藻类养殖者的集起是最大限度的支持，也是藻类的研究、发展和加工的关键点。

所述藻类控制阶段必须的构成要素包括：

·养殖包

·控制包

·控制室

·为养殖区供应营养物的计量、混合和包装设备

·温度控制设备

·LED照明灯

·定量给料设备

·转运空气隔膜泵

·鼓风机

·空气过滤器和洗涤设备

·实验室

根据图10-13，用于藻类控制的养殖包的功能在于养殖初期的起始培养物，再将其转移到控制包中。所述养殖包进一步用于为养殖区供应营养素。所述控制包用于养殖足够可以转移到藻类养殖区的起始培养物。

如图10和11所示，所述控制包设计成可以悬挂在控制室中，在控制设备下控制包自身可以堆叠以最优化可用空间。如图11所示，所述控制室包括使用来自安装在控制室内部的LED灯的人造光，其按照特定种类的藻类生长需要有特定的光和热输出。

如图12和13所示的养殖包和控制包都有能力在同样的控制设备下养殖不同藻类种类中的单一种植。

如图11所示的在藻类控制阶段的所述控制室分为多个支撑支架以悬挂养殖包的控制包。所述控制室还可以堆叠以最大化的利用控制设备中的有限的可用空间来获得足够数量的多个藻类养殖区所需的启动培养细胞储备。所述控制室还提供支架用于安装LED灯。所述控制室便于运输，其本身具有模块化功能，易于在有限的空间内重新布置。

所述工序的下一个阶段是藻类养殖阶段，如图1和图2-9使用的包所示。藻类养殖系统可以从根本上促进藻类的生长以得到收获，通过使用尤其如图6所示的三种形式的包来形成生物燃料。其包括：和其高度相比具有巨大空间的植物包，有大体上透明表面材料的顶部。所述太阳能包置于植物包的上面并在植物包顶部表面上或者正上方提供阳光控制装置。此外温度包起到加热辅助装置的作用，其在植物包的底部表面下方。三个包组合在一起可以对阳光控制装置和加热辅助装置提供有效地控制来确保植物包内的加热控制来确保热量在能够使藻类生长的预期的范围。

所述太阳能包在植物包一侧具有隔热材料以最小化热量在空气中的损失。太阳能包还具有光过滤器以限制过量光线穿过植物包。太阳能包上层的染色根据养殖区位置条件的不同而不同。太阳能包还有以下特征，其具有层压在包的顶层的易弯曲的太阳能电池板作为能源和相连的混合可再生能源系统的部件，其可用于控制藻类养殖系统的能源使用。

如图16和17所示，更小的太阳能包还具有作为烘干容器的功能，将干燥的空气泵入，使用冷凝器来移除并干燥潮湿的空气。在包下边使用电加热垫作为热源来补充来自太阳的太阳热能。包中的操作温度能够达到60摄氏度。

使用如图4，5，6所示的植物包来提供保护的环境，为单一培养的藻类提供最佳生长条件。

图6所示的三种类型的包的连接关系如图7，8和9所示。植物包配备配件上有按钮的进出液体传送口，用于传送包括CO₂的气体以及提供物理搅拌以使藻类在植物包内液体中保持悬浮状态。所示包还配备端口以输出富含氧气的气体并进行收集用于燃烧或者其他用途。所述植物包具有金属化的底层以反射光线到包内液体悬浮的藻类。

如图15所示，藻类养殖包系统的分支个数等于藻类生物量翻倍马上收获前需要的天数，其和最优藻类密度或者5％的液体相适应。假定采取所有适当地步骤以及藻类生物量保持在分支最适浓度的50％，在生长期收获就可能每天发生。

所述营养物质供应系统包括从控制室控制场所供应单一培养的藻类，其中每个控制室包含10个控制包。在控制场地准备营养物质并供应到位于养殖包中的养殖区。每个养殖包具有一条植物包分支，其中优选每个分支10个植物包。在收获工序中当温度罐像植物包一样被连续的重新装满后，营养物质被溶解。定量给料装置为正向活塞泵按照由计时装置测定的所需的时间间隔进行定量给料控制。

需要有藻类浓度系统，这样从植物包中收获的藻类浓度至少为有5％溶解的生物量。收获的目的在于收获时从植物包中去除50％的生物量。在从收获工序回来时，剩下的2.5％溶解的生物量在返回植物包进行下一轮收获循环前添加营养物质。

所述收获周期过程在转动的底座上以能够使支架定量。因此藻类再生5％生物量所需的天数决定所需分支的个数。收获需要隔离分支并通过正向活塞泵将那个分支的植物包内的物质连续直接清空到平行板沉降罐中。所述沉降罐可以在地面上或者在植物包的水面下。

如图18所示，藻类溢流管包括低浓度的藻类生物量(“顶部产品”)，一旦其离开平行板沉降罐其转向温度管的入口。藻类溢流管包括高浓度的藻类生物量(“底部产品”)，离开平行板沉降罐端口，首先使用剂量一致的氢氧化钠处理，通过用计时器控制的定量给料泵系统给料以达到pH 11。

所述底部产品进入絮凝罐将生物量和水分离。所述水流过另一个定量给料系统也使用计时器控制的定量给料泵添加盐酸调节pH到8。因而产生的均衡水流过单向止回阀和管道，向该排温度罐的顶部产品给料。所述底部产品(或者来自絮凝罐的藻类浓缩物)存储在存储罐以便于收集并送到提取工厂。

所述混合可再生能源系统包括图15的元件用于辅助藻类养殖系统的动力，包括：

·太阳能

·风能

·柴油能

·电网能源

·储能电池

所述太阳能系统包括有弹性的太阳能电池板层压在太阳能包上。还包括位于植物包上的太阳能照明板，并且通过互连的直接来回藻类收获系统提供供暖的传送管道固定。太阳能加热装置位置可变以支撑遮蔽系统。所述循环泵和鼓风机泵也能由太阳能供能。以上都依照养殖区的整体能源规划内的每个地点的能源要求设计并建造。

风能能够模块化设计以便提供能够存储在电池中并用于特别是晚上或者阳光不充足时照明的能源。以上都依照养殖区的整体能源规划内的每个地点的能源要求设计并建造。

柴油能只用作太阳能和风能的后备。对柴油的任何使用都优选生物柴油，并在可能的地点使用甘油(丙三醇)作为燃料。

电网能源是最后的选择。

很显然必须有电池来管理和存储来自所有来源的电力产品峰值，并依照养殖区的整体能源规划设计。

温度控制系统包括以下元件：

·温度包

·温度罐

·电加热和冷却垫

·通过太阳能包、太阳能电池板、遮蔽系统、太阳能水加热和外部余热热源进行预防的被动控制

·冷却塔

只有当必须且取决于当提条件时，温度控制包优选位于植物包的下面。尽管染色水平会依据当地条件而不同，但是一直使用所述太阳能包。所述温度包和温度罐不固定连接并由罐内的发热元件和冷却金属盘管控制。冷却塔连同冷却水来源通过位于温度罐上冷却金属盘管来协助温度控制过程。

藻类养殖的最佳温度范围在20摄氏度和30摄氏度之间，临界点在5摄氏度和38摄氏度。为了避免临界点能够使用加热和冷却垫替代温度包。这些为电操作并且能够加热一侧的同时冷却另一侧。通过颠倒两极，加热和冷却可以反向进行。

置于植物包上的所述太阳能电池板能够包括位于正下方的LED照明灯，因此补充藻类在极端加热的遮蔽或者通过红外灯提供需要的额外的用于照明的能量。所述遮蔽系统用于定位设计以获得暗点，暗点能够通过包相对于遮蔽系统的位置的方向或者不同的材料来调节。所述LED照明灯有550勒克斯(1ux)的照明强度或者260流明，其操作温度为20-40摄氏度，功率使用在12伏下5-7瓦。

太阳能水加热用于极冷的气候，其能够加热到最高60摄氏度。所述余热能够通过热交换器或者和温度罐相连的加热盘管获得。

气体控制系统包括控制以下：

·CO₂的定量给料

·氧气收集

·鼓风机

CO₂的定量给料通过在和植物包在沿包大约1.5米长度处通过一系列按钮相连的气体管道中加料来实现。

氧气收集通过植物包的氧气屏障以及顶部和底部表面和中心顶部排出实现。就这点来说能够附加收集系统用于萃取、压缩、存储富含氧气的气体在氧气接收罐中作为燃烧来源或者其他需要。

当压缩机进口需要空气过滤器时每个分支都配有鼓风机。所述鼓风机使循环和搅拌成为可能。

所述液体传送系统包括：

·泵(太阳能和空气动力)

·专用管道

·易弯曲的和坚硬的管道

·罐布置以最大化静压力水头落差并辅助液体流动

·控制阀门

每个分支都配有太阳能动力的正向活塞泵。泵按照需要配备并用于特殊工作，其由电子交换机控制。所述工作包括用于沉降罐、絮凝罐、温度罐并且用于接收罐和冷却塔。

定量给料泵用于控制液体和气体，其操作由计时器控制。

万一病毒在任何一个分支或者单独的植物包中爆发，专门管道用于去除交叉感染。依照前后泵的压力和抽吸要求使用易弯曲的和坚硬的管道。在配件上优选使用易弯曲的软管和按扣。

罐的布置要达到最大化静压力水头落差以最小化泵抽吸需求。这可以通过浮动阀门保持温度罐的水位，并保持植物包和其持续水平，以及保证沉降罐低于植物包的水位来达到。

控制阀门用于将藻类从植物包连续的运送并由计时器控制。控制阀门还可以打开以使其从收获系统回到植物包，并由相同的计时器控制。

如图16和17所示的所述系统的第三部分为全脂藻类烘干系统，其以单一用途为基础使用太阳能烘干包。所述包设计为从位于养殖区的接收罐浓缩得到的藻类去除水分。在烘干包中浓缩量的测量可以控制，并且在烘干包的排气口连接计时器。将浓缩物从支架运送到烘干包并通过正向活塞泵泵入所述包中。和热交换器相连的鼓风系统通过以计时器为基础的间歇操作提取潮湿的气体。所述热交换器由冷却塔的水冷却，以便通过热交换器使水气凝结并经过流向冷却塔的单向止回阀输入回流水管。烘干气体回到太阳能烘干包以完成循环。

通过来自太阳的太阳能红外线和位于烘干包下方的电气垫对系统加热，电气垫由混合能源系统提供动力。

所述留在包中的浓缩物作为全脂生物量，其中通过关闭进气阀并使空气转向大气来将空气从烘干包中排出，其再次由计时器系统控制。然后收集干燥的包，将其扁平包装以便于运输。每包预期的生物量的最大干重为15公斤。

实施例1

本发明的一个特别例子中，所使用的藻类为以下种类

微拟球藻，其包括以下特征

·一种不能移动的绿色有鞭毛的细胞

·一种小细胞，直径4-6微米

·细胞区域漂浮在培养基中，无需通风也能保持悬浮。

必须的生长条件为

·温度20-30℃

·照明2500-6000Lux

·pH 7.5-8.5

·盐度10-36ppt

所述营养物质要求为：

■NaNO₃-150mg/l

■NaHPO₄-8.69mg/l

■乙二胺四乙酸铁-10mg/l

■MnCl₂-0.22mg/l

■CoCl₂-0.11mg/l

■CuSO₄，5H₂O-0.0196mg/l

■ZnSO₄，7H₂O-0.044mg/l

■Na₂SiO₃，2H₂O-60mg/l

■B₁₂-1.0μg/l

■生物素-1.0μg/l

■盐酸硫胺-0.2mg/l

当使用CO₂时，常见做法为使用计时器间歇注入并用螺线管阀门保持pH在7.5-8.5之间。通常生产1公斤的藻类生物量需要1-1.7公斤的CO₂。

微拟球藻的油脂含量为31-68(％干重)。

考虑影响因素例如油脂产量和其他需要的属性，每个场地使用的最终选择的藻类通常会受到“自然事件”的影响而有所不同。

藻类回收和藻类油脂提取工序

A)藻类回收

所述藻类生长在水中由多个藻类包组成的养殖区中。当藻类完全成熟并从水中分离到考虑中用于养殖区的足够大小的平行板分离器或者类似的重力沉降器时，这种藻类水溶液可以从挑选的包(收获的)中抽出。过量的水和溢出的藻类经由温度罐回流到养殖区。

将以上得到的浓缩物抽入第二个沉降器或者絮凝罐，在到容器的过程中调整其pH以促进进一步沉降和浓缩以使水传送最小化。然后加入过量的水以中和pH值并经由温度罐回流到养殖区。

作为选择，浓度步骤可以通过高速沉降式离心机或者圆盘离心完成。

当收集了足够的浓缩物后，依据相关的距离远近，将其通过卡车或者管道输送到炼油厂。

B)藻类油脂提取(湿法提取工序)

将浓缩物卸载到储存罐或者接收罐中。然后将其同质化或者将其在超过5000psi的压力下在超声处理器中处理以帮助破碎细胞壁并释放其中的油脂。然后将其抽入浸提器中。

然后在藻类浓缩物中加入提取剂并搅拌一段时间使发生反应。然后使用重力沉降(分离器)或者离心，将所述油脂/提取物混合物从剩下的生物量和水中分离。然后将所述油脂/提取物混合物抽入第一分裂蒸馏塔，在其中提取物被回收，油脂然后被送到第二分裂蒸馏塔进行脂肪酸分离。需要的甘油三酸酯被送到生物柴油工厂用于酯交换反应(例如生物柴油生产)。所述第一分配柱中的提取剂可回收并返回提取器中。

然后将分离器的底流或者从分离器中排出的生物量送到烘干厂进行生物量烘干，例如可作为动物饲料添加剂(如果使用重力沉降器来回收油脂/提取物混合物然后可能必须使用第二重力分离器以降低将要送去烘干的水分含量)。

无论哪个例子，在烘干之前使用离心机或者过滤器进行机械预脱水通常较为有利。

其他可以采用或者应用以处理脱脂生物量的工序：

■对液体动物饲料进行巴斯德杀菌

■厌氧消化以生产甲烷(“沼气”)

工序详细描述

A-预处理

1.接收罐为30公吨容积-接收罐用于从road罐中接收浓缩的藻类生物量(“CAB”)。

2.通过用于控制pH值的配备了定量给料设备的速度可变的正向活塞泵抽吸CAB。

3.离心机(倾析器或者分离器)用于去除过量的水(回流到养殖区)。

4.缓冲罐和离心泵

5.均质器和/或超声波罐，配备压力超过5000psi的平行板以达到溶解效果。得到的产品目前被称为“藻液”。

B-提取(工序和所有马达都是防爆的)

6.将藻液通过正向活塞空气泵抽吸到具有真空能力的搅拌反应罐中。

7.将提取剂从提取剂存储罐定量加入藻液中，并在反应装置中进行混合。然后将混合物抽吸到水平分离器或者三相卧螺离心机中。

8.水平分离器(配备顶部和底部可拆卸端口)：

■将顶部产物(提取剂和藻类油脂)通过不同速度的正向活塞泵抽吸到叶片式压滤机中。

■将顶部产物送到第一分裂蒸馏塔，其中提取剂在分裂蒸馏塔顶部被回收并送到存储罐中，藻类油脂在分裂蒸馏塔底部被回收。

■将精制的藻类油脂送去存储。

■能够将水平分离器的底部产物进行以下处理：

a.将其抽吸到倾析器中以去除过量的水分(然后所述水分回流到养殖区)。

i.将得到的湿饼送到环状干燥器中，其中残留水分不超过6％-8％。

ii.将干饼敲打碾碎或者挤压。

b.进行巴斯德杀菌处理(例如将底部产物加热到130℃再冷却到30℃并用卫生的密封包进行包装)。

c.在厌氧条件下发酵以生产生物气(甲烷)。

9.三相卧螺离心机(防爆)

■蒸馏顶部产品(溶剂和藻类油脂)

■上述第8条

■去除过多的水分(所述水分回流到养殖区)

■底部产物进行上述第8条处理

应当理解以上描为对优选实施例的描述且只作为实例。本发明不限于此。很明显藻类油脂生产的方法和装置的变更能够被本领域的专业人员在不需要任何独创性的条件下理解，并且此类变更包括在下述权利要求书定义的发明的范围之内。

Claims (31)

1.一种藻类油脂生产的方法，包括以下步骤：

a.控制生长以提供集中的生长以供应用于藻类养殖的启动装置；

b.主要适用太阳光养殖藻类

c.藻类加工；

其中至少一步包括使用能够和水、CO₂、氧气或者空气中的至少一种的气体或者液体相互连接的包。

2.如权利要求1所述的藻类油脂生产的方法，其特征在于，在至少一步中使用所述包并为传送做准备。

3.如权利要求1所述的藻类油脂生产的方法，其特征在于，在其中一步中使用包并做到每批分开以防止交叉污染。

4.如权利要求1所述的藻类油脂生产的方法，其特征在于，加工步骤包括全脂产品和藻类残留脂质通过烘干工序进行加工。

5.如权利要求4所述的藻类油脂生产的方法，其特征在于，所述包为用于烘干工序的烘干包并为最终产品的多袋扁平包装的运送做好准备。

6.如权利要求1所述的藻类油脂生产的方法，其特征在于，所述加工步骤包括藻类减脂生产以去除其中的脂质，并通过湿法工序加工；

a.将悬浮水蒸气浓度至少50％的成熟的藻类的预浓缩以形成可以流动的液体；

b.物理破碎藻类细胞以释放其中的脂质，通过例如超过5000磅/平方英寸的高压匀浆预浓缩后的液态的藻类；以及

c.化学破碎藻类细胞以释放其中的脂质，通过例如添加溶剂、蛋白酶和/或类似的酶；

d.添加提取剂以去除释放的脂质；

其中物理和化学破碎藻类步骤促进去除脂质的效率。

7.如权利要求6所述的藻类油脂生产的方法，其特征在于，湿法工序进一步包括以下步骤：

a.通过离心机或者水平连续沉降器进行物理分离以将提取剂和油脂混合物从生物量和固态提取物中分离，以用于后面的烘干处理；

b.第一蒸馏工序以从提取剂和油脂混合物种去除提取剂；

其中提取剂可以回收并被系统再次利用。

8.如权利要求6所述的藻类油脂生产的方法，其特征在于，湿法工序进一步包括以下步骤：

a.第二蒸馏工序一去除单、双和三甘油酯；

b.输出精制的藻类油脂用于进一步加工；

其中第二蒸馏工序提供精制的藻类油脂，其适合用于生物柴油生产，而蒸馏得到的脂肪酸适合用于食品生产。

9.如权利要求1所述的藻类油脂生产的方法，其特征在于，在控制生长、养殖和加工的多个步骤中，使用一种专门的藻类生长包以为能够进行计量、运输和相互连接成模块化系统做准备。

10.如权利要求9所述的藻类油脂生产的方法，其特征在于，专门的藻类生长包一种控制包，其具有从较低的入口到较高的出口的蜿蜒路径以促进处于悬挂位置的包中藻类的流动和搅拌，其中CO₂和营养物质注入藻类溶液更加有效。

11.如权利要求10所述的藻类油脂生产的方法，包括小室构造具有外部骨架以能够悬挂多个控制包，还包括热源和光源用于提供集中藻类生长条件，其中小室构造便于堆叠和运输。

12.如权利要求9所述的藻类油脂生产的方法，其特征在于，专门的藻类生长包为一种植物包，用于在藻类养殖步骤中采用阳光。

13.一种用于促进藻类生长以收获来产生生物燃料的的植物包，包括：

i.一种基本上由柔韧的片状材料制成的包，能够得到大量现成结构；

ii.所述的包，包括无色透明顶部薄膜以使阳光透过照到包中的藻类；和

iii.一种金属反光底部薄膜以将阳光反射回到包中的藻类；

其中所述包包括一个与其高度、无色透明顶部薄膜和金属反光底部薄膜相对应的大的空间，以增加阳光和热量传导到包中的藻类原料以促进其生长。

14.如权利要求13所述的植物包，包括用于接收包括CO₂的气体的气体进口和用于接收包括盐度和海水类似的盐溶液的液体进口。

15.如权利要求13或14所述的植物包，包括氧气阻隔材料以阻止氧气逸出，还包括气体出口以允许重获氧气。

16.一种太阳能包，其特征在于，和如权利要求13-15所述的植物包共同使用，具有封闭的空气腔，用于隔离和外部重量以使其置于植物包上；

a.其中太阳能包包括上部和下部的透明表面以使阳光传递到植物包中；和

b.光线过滤装置。

17.如权利要求16所述的太阳能包，其特征在于，所述太阳能包过滤装置隔离红外线。

18.如权利要求16或17所述的太阳能包，其特征在于，所述太阳能包过滤装置通过例如染色和印刷反射表面来限制阳光强度。

19.如权利要求16、17或18所述的太阳能包，其特征在于，所述太阳能包包括层压的易弯曲的太阳能电池板产生动力作为动力来源。

20.一种促进藻类生长用于收获来产生生物燃料的系统，包括：

a.一个植物包，有与其高度相对应的巨大的空间，包括顶部基本上透明的表面材料；

b.一个阳光控制装置，在植物包的顶部表面上或者正上方；和

c.一个加热辅助装置，在植物包的底部表面上或者下方；

其中，对阳光控制装置和加热辅助装置的操控，确保在植物包内的热控制以使在预先设定的范围内确保充分的热量。

21.一种促进藻类生长用于回收来产生生物燃料的植物包，包括一种由透明金属的或者反光的薄膜构成的密封包，其明确用于养殖藻类以收获想要的藻类油脂和蛋白质。

22.如权利要求13或14所述的植物包，包括：

a.无色透明顶部薄膜，以使阳光透过照射包中的藻类；

b.金属反光底部薄膜，以反射阳光到包中的藻类；

c.多个连接点，以使液体形式或者气体形式的物质通过；

d.以及当顶部和底部薄膜有一中间物作为高氧障碍物来捕获藻类产生的氧气；

e.多个液体配送装置，由置于包内的管道和腔组成，以实现最大限度的搅拌；

f.和每个植物包最小面积为1平方米。

23.如权利要求1所述的藻类油脂生产的方法，包括多个植物包来创建一个封闭的模块网络以提供在有限的空间来养殖特别的能最大化油脂和蛋白质产量的藻类，包括：

a.温度维持系统；

b.能够和其他包通过泵和罐连接在一起以组成一个模块系统。

24.如权利要求23所述的藻类油脂生产的方法，其特征在于，所述植物包模块系统包括互相连接的多个包组成，另外还包括：

a.地面上装有加热和冷却配件的罐，位于提高的位置以达到最大限度的静压力水头落差；

b.传送泵，以使实现液体流动；

c.置于管道热交换器上的平坦的地面上的包；

d.可作为接受罐或者收获罐的地下罐。

25.如权利要求23所述的藻类油脂生产的方法，其特征在于，所述植物包模块系统可以依照藻类生长到作为模块系统结果的最佳收获浓度的天数进行重复。

26.一种藻类养殖的方法，包括以下步骤：

a.具有一个或者多个植物包，其空间和高度的比率大于30∶1；

b.具有加热控制系统，用于大体控制温度在20到25℃之间；

c.通过使用包括透明和反光的材料建造包，为包内物质增加阳光；

d.输入CO₂到需要的比例；

e.供应和海水盐度类似的盐溶液；

其中包含来自微拟球藻科的一种改良藻类生长的藻类物质。

27.一种藻类油脂生产的方法，包括以下步骤：

a.将悬浮水蒸气浓度至少50％的成熟的藻类的预浓缩以形成可以流动的液体；

b.物理破碎藻类细胞以释放其中的脂质，通过例如超过5000psi的高压匀浆预浓缩后的液态的藻类；

c.化学破碎藻类细胞以释放其中的脂质，通过例如添加溶剂、蛋白酶和/或类似的酶；

d.添加提取剂以去除释放的脂质；

其中物理和化学破碎藻类步骤促进去除脂质的效率。

28.如权利要求11所述的藻类油脂生产的方法，进一步包括以下步骤：

a.通过离心机或者水平连续沉降器进行物理分离以将提取剂和油脂混合物从生物量和固态提取物中分离，以用于后面的烘干处理；

b.第一蒸馏工序以从提取剂和油脂混合物种去除提取剂；

其中提取剂可以回收并被系统再次利用。

29.如权利要求11所述的藻类油脂生产的方法，进一步包括以下步骤：

a.第二蒸馏工序一去除单、双和三甘油酯；

b.输出精制的藻类油脂用于进一步加工；

其中第二蒸馏工序提供精制的藻类油脂，其适合用于生物柴油生产，而蒸馏得到的脂肪酸适合用于食品生产。

30.一种大体如上参考附图所述的植物包。

31.一种大体如上参考附图所述藻类油脂生产的方法。

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