CN103911217B - 一种一步法制生物柴油的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种一步法制生物柴油的方法，它是以含油微生物液体做为原料，用低碳醇做为酯交换剂，用无机酸做为催化剂，经转酯化反应后，将反应后的上层物料进行萃取得到油相，进而蒸馏获得生物柴油。该方法不进行浓缩、干燥制粉，不需要进行细胞破碎和对干粉进行破碎，具有提柴油工艺流程短、操作过程简单、提取时间短、能耗低、适于直接从微藻液中提柴油、柴油品质好等优点。

Description

一种一步法制生物柴油的方法

技术领域

本发明涉及微生物制柴油技术领域，特别涉及一种一步法制生物柴油的方法。

背景技术

生物柴油与石化柴油相比，具有诸多优良特性。目前生物柴油主要是以植物和动物脂肪酸为原料来进行生产的，但是这些原料远远不能满足生物柴油生产的需求。而面对植物原料生产生物柴油的诸多问题，利用微生物产油具有不与农业争地、生产效率高的明显优势，利用微生物进行生物柴油的生产是一个复杂的系统工程，涵盖多个技术环节，包括产油微生物菌株的筛选和培育、规模培养、油脂的收集和加工等几个方面。每个环节都对设备和生产水平有较高的要求。目前利用产油微生物制备油脂整体成本都比较高，因此寻找工艺最简单、能耗最少的途径关系到其制备油脂前景。

中国专利申请号101580857A专利公开了微藻一步法制生物柴油，但该方法需要先制备藻粉或藻块，在离心制备藻泥和烘干藻泥的过程中需要消耗较多的能源。

中国专利申请号201210431210.7专利公开了一种藻类细胞中的生物油脂及其制备方法和应用，但是该方法需要先在将藻类细胞破碎，这个过程需要消耗大量的时间、能量。

中国专利申请号200810138499.7专利公开了一种微生物油脂分离提取方法，包括如下步骤：(1)将微生物菌种接种发酵；(2)将所得发酵液经浓缩过程去除发酵液中45%-55%的水分得到浓缩发酵液；(3)将浓缩发酵液通入压力为70-130MPA的高压均质机中破碎细胞；(4)加入萃取溶剂，二次浸提，萃取分离收集上层有机溶剂相得混合油；(5)最后蒸发回收混合油中的溶剂得到微生物油脂。其不足之处在于：常规的细胞破碎方法仅能使细胞破碎率达到82%左右，也就是说仍然有18%的细胞需要靠酯化过程才能把油脂提取出来。既然靠酯化可以直接完成油脂提取操作，那么上述的细胞破碎可以说是既增加了工艺流程又浪费了能源。同时还需回收分子筛的过程中，分子筛和藻细胞混在一起，会造成藻细胞的损失或分子筛的堵塞。在分子筛再生的过程中，还需要进行加热或减压才能恢复分子筛的脱水性能，这个过程同样需要消耗大量的能源。从整体成本核算来看，该过程在浓缩环节不仅要造成藻细胞的损失而且从能源成本核算来看是很不划算的。

综上所述，现有公开的的一步法制备生物柴油的方法，存在工艺复杂、能耗较高的缺点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种一步法制生物柴油的方法，它是以含油微生物液体做为原料，用低碳醇做为酯交换剂，用无机酸做为催化剂，经转酯化反应后，将反应后的上层物料进行萃取得到油相，进而蒸馏制备生物柴油。该方法不进行浓缩、干燥制粉，不需要进行细胞破碎和对干粉进行破碎，具有提柴油工艺流程短、操作过程简单、提取时间短、能耗低、适于直接从微藻液中提柴油、柴油品质好等优点。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

一种一步法制生物柴油的方法，包括以下几个步骤：

（1）一步法制生物柴油：含油微生物液体加入到装有低碳醇的反应釜中混合均匀，然后缓慢加入催化剂进行酯化反应制备生物柴油；

（2）制备油相：酯化反应后静置分层，取上部液体加入疏水性有机溶剂，混合均匀进行萃取，萃取充分后离心，制备油相；

（3）制备生物柴油和回收溶剂：通过蒸馏的方式将油相中的疏水性有机溶剂回收同时得到生物柴油。

所述步骤1）中，低碳醇采用无水乙醇，含油微生物干物质重量：无水乙醇=1：7~1：10，（w：v,单位为g:mL）；

优先的，所述步骤1）中，催化剂采用98%浓硫酸，浓硫酸的添加量为含油微生物液体与无水乙醇总体积的20%~30%；

所述步骤1）中，酯化反应温度为110~130摄氏度，酯化反应时间为1~4小时；

优选的，所述步骤1）中，含油微生物干物质重量：无水乙醇=1：8~1：9，（w：v,单位为g:mL）；

优先的，所述步骤1）中，浓硫酸的添加量为含油微生物液体与乙醇总体积的24%~26%；优先的，所述步骤1）中，酯化反应温度为115~125摄氏度，酯化反应时间为2~3小时；

所述步骤2）中，疏水性有机溶剂采用正已烷，疏水性有机溶剂添加量与含油微生物干物质重量比为：2：1~7：1（v：w,单位为mL:g），萃取温度为20~70摄氏度；

优选的，所述步骤2）中，疏水性有机溶剂采用正已烷，疏水性有机溶剂添加量与含油微生物干物质重量比为：4：1~6：1（v：w,单位为mL:g），萃取温度为30~40摄氏度；

所述步骤2）中，离心力为6000~10000，离心时间为5~10min。

本发明方法的有益之处是：在进行生物柴油制取的工艺中不需要调节含油微生物液体的pH值、不需要通过加热或者反复调节压力、不需要加入絮凝剂、不需要进行离心或者干燥制粉、不需要进行细胞破碎或对干粉进行研磨；而是直接利用疏水性有机溶剂萃取时可以直接将产油微生物细胞内的油脂萃取出来；本发明的优点在于：

1、直接往藻液中加入硫酸引起暴沸，容易导致部分油脂细胞直接被碳化而引起制生物柴油的得率降低，且还容易发生爆炸；先加入含油发酵液，再加入酒精，最后慢慢加入硫酸，所以不存在暴沸的现象，酒精起到一个保护侜；

2、在酯化前不需要预先加入有机溶剂进行处理；缩短了工艺，减少了原辅料消耗成本和操作成本；在化工工艺流程中，每增加一个步骤，那么其总体收率至少要降低6~10%，因为任何一个步骤不可能做到收率达到100%；

3、酯化前不需要进行浓缩、干燥制粉，不需要进行细胞破碎，而是将含有产油微生物的液体（异养产油藻液体、异养产油藻发酵液、产油酵母发酵液等）加入到催化剂和低碳醇的混合液中直接进行酯化；缩短了工艺，减少了能耗和操作成本；

4、提柴油的工艺流程极短，操作过程简单，提取时间短，能耗低，减少工艺流程相当于减少了物料损失、减少了能源消耗；提柴油的过程中没有加入其他物质，减少了杂质或者是对藻油品质的影响；

5、按照以往的工艺开展工作，油脂发酵液离心通常需要0.5-1小时，油脂细胞浓缩物干燥需要12-24小时，油脂干细胞研磨需要0.5-1小时，酯化需要3-6小时，反复的离心与萃取需要3-6小时，蒸馏需要0.5-1小时，总流程需要19.5-40小时，而采用新的工艺仅需要2-10小时，效率大大提高。同时，工艺流程的减少，引起了高能耗的设备使用较少，从而节约能耗45%，柴油得率则普遍高19~30%。

6、提取出来的柴油杂质较少，经气化分析90%以上的酯是由棕榈酸酯、油酸酯和亚油酸酯组成。

具体实施方式

实施例1：

（1）原料：管状光生物反应器中的异养产油小球藻液体，干物质重量70g/L；

（2）一步法制生物柴油：取500mL异养产油小球藻液体加入到装有245mL无水乙醇（0.5*70:245=1:7）的反应釜中，然后缓慢加入149mL98%浓硫酸(149/(500+245=20%)进行酯化反应制备生物柴油；缓慢升高温度到110摄氏度，并使用100rpm速度一直搅拌，升温结束后反应1小时，无水乙醇密度为0.789g/ml；

（3）制备油相：酯化反应结束后，静置6小时，使酯化液分层，取上部浊液，加入70mL正已烷(70:(0.5*70)=2:1)，充分混合，然后离心，离心力为6000~10000，离心时间为5~10min，取油相；连续萃取4次，萃取温度为20摄氏度；

（4）制备生物柴油和回收溶剂：将油相使用旋转蒸发仪蒸馏，得到生物柴油17.5g，同时回收正已烷，计算生物柴油得率为50%(17.5*100/(0.5*70)=50%)。

实施例2：

（1）产油酵母，发酵液终了干重100g/L；

（2）一步法制生物柴油：取0.5L产油酵母发酵液加入到装有0.375L无水乙醇（0.5*100:375=1:7.5）的反应釜中，然后缓慢加入200mL98%浓硫酸(0.2/(0.5+0.375)=22.9%)进行酯化反应制备生物柴油；缓慢升高温度到113摄氏度，并使用100rpm速度一直搅拌，升温结束后反应3小时；

（3）制备油相：酯化反应结束后，静置5小时，使酯化液分层，取上部浊液，加入150mL正已烷(150:(0.5*100)=3:1)，充分混合，然后离心，离心力为6000~10000，离心时间为5~10min，取油相；连续萃取4次，萃取温度为25摄氏度；

（4）制备生物柴油和回收溶剂：将油相使用旋转蒸发仪蒸馏，得到生物柴油25.5g，同时回收正已烷，计算生物柴油得率为51%(25.5*100/(0.5*100)=51%)。

实施例3：

（1）异养小球藻，发酵液终了干重120g/L；

（2）一步法制生物柴油：取0.5L异养小球藻发酵液加入到装有0.57L无水乙醇（0.5*120:570=1:9.5）的反应釜中，然后缓慢加入290mL98%浓硫酸(0.29/(0.5+0.57)=27.1%)进行酯化反应制备生物柴油；缓慢升高温度到126摄氏度，并使用130rpm速度一直搅拌，升温结束后反应2小时；

（3）制备油相：酯化反应结束后，静置5小时，使酯化液分层，取上部浊液，加入390mL正已烷(390:(0.5*120)=6.5:1)，充分混合，然后离心，离心力为6000~10000，离心时间为5~10min，取油相；连续萃取4次，萃取温度为50摄氏度；

（4）制备生物柴油和回收溶剂：将油相使用旋转蒸发仪蒸馏，得到生物柴油31.1g，同时回收正已烷，计算生物柴油得率为51.8%(31.1*100/(0.5*120)=51.8%)。

实施例4：

（1）异养小球藻，发酵液终了干重60g/L；

（2）一步法制生物柴油：取0.5L异养小球藻发酵液加入到装有0.3L无水乙醇（0.5*60:300=1:10）的反应釜中，然后缓慢加入240mL98%浓硫酸(0.24/(0.5+0.3)=30%)进行酯化反应制备生物柴油；缓慢升高温度到130摄氏度，并使用130rpm速度一直搅拌，升温结束后反应4小时；

（3）制备油相：酯化反应结束后，静置4小时，使酯化液分层，取上部浊液，加入210mL正已烷(210:(0.5*60)=7:1)，充分混合，然后离心，离心力为6000~10000，离心时间为5~10min，取油相；连续萃取4次，萃取温度为70摄氏度；

（4）制备生物柴油和回收溶剂：将油相使用旋转蒸发仪蒸馏，得到生物柴油15.9g，同时回收正已烷。计算生物柴油得率为53.%(15.9*100/(0.5*60)=53%)。

实施例5：

（1）异养小球藻，发酵液终了干重120g/L；

（2）一步法制生物柴油：取0.5L异养小球藻发酵液加入到装有0.48L无水乙醇（0.5*120:480=1:8）的反应釜中，然后缓慢加入235.2mL98%浓硫酸(0.2352/(0.5+0.48)=24%)进行酯化反应制备生物柴油；缓慢升高温度到115摄氏度，并使用130rpm速度一直搅拌，升温结束后反应2小时；

（3）制备油相：酯化反应结束后，静置4小时，使酯化液分层，取上部浊液，加入240mL正已烷(240:(0.5*120)=4:1)，充分混合，然后离心，离心力为6000~10000，离心时间为5~10min，取油相；连续萃取4次，萃取温度为30摄氏度；

（4）制备生物柴油和回收溶剂：将油相使用旋转蒸发仪蒸馏，得到生物柴油40.1g，同时回收正已烷，计算生物柴油得率为63%(40.1*100/(0.5*120)=66.8%)。

实施例6：

（1）异养小球藻，发酵液终了干重120g/L；

（2）一步法制生物柴油：取0.5L异养小球藻发酵液加入到装有0.54L无水乙醇（0.5*120:540=1:9）的反应釜中，然后缓慢加入260mL98%浓硫酸(0.26/(0.5+0.54)=25%)进行酯化反应制备生物柴油；缓慢升高温度到125摄氏度，并使用130rpm速度一直搅拌，升温结束后反应2小时；

（3）制备油相：酯化反应结束后，静置5小时，使酯化液分层，取上部浊液，加入360mL正已烷(360:(0.5*120)=6:1)，充分混合，然后离心，离心力为6000~10000，离心时间为5~10min，取油相；连续萃取4次，萃取温度为40摄氏度；

（4）制备生物柴油和回收溶剂：将油相使用旋转蒸发仪蒸馏，得到生物柴油39.2g，同时回收正已烷，计算生物柴油得率为65.3%(39.2*100/(0.5*120)=65.3%)。

实施例7：

（1）产油酵母，发酵液终了干重100g/L；

（2）一步法制生物柴油：取0.5L产油酵母发酵液加入到装有0.45L无水乙醇（0.5*100:450=1:9）的反应釜中，然后缓慢加入285mL98%浓硫酸(0.285/(0.5+0.45)=30%)进行酯化反应制备生物柴油；缓慢升高温度到116摄氏度，并使用100rpm速度一直搅拌，升温结束后反应3小时；

（3）制备油相：酯化反应结束后，静置4小时，使酯化液分层，取上部浊液，加入250mL正已烷(250:(0.5*100)=5:1)，充分混合，然后离心，离心力为6000~10000，离心时间为5~10min，取油相；连续萃取4次，萃取温度为38度；

（4）制备生物柴油和回收溶剂：将油相使用旋转蒸发仪蒸馏，得到生物柴油33g，同时回收正已烷。计算生物柴油得率为66%(33*100/(0.5*100)=66%)。

实施例8：

（1）产油酵母，发酵液终了干重100g/L；

（2）一步法制生物柴油：取0.5L产油酵母发酵液加入到装有0.45L无水乙醇（0.5*100:450=1:9）的反应釜中，然后缓慢加入285mL98%浓硫酸(0.285/(0.5+0.45)=30%)进行酯化反应制备生物柴油；缓慢升高温度到125摄氏度，并使用100rpm速度一直搅拌，升温结束后反应3小时；

（3）制备油相：酯化反应结束后，静置4小时，使酯化液分层，取上部浊液，加入300mL正已烷(300:(0.5*100)=6:1)，充分混合，然后离心，离心力为6000~10000，离心时间为5~10min，取油相；连续萃取4次，萃取温度为40度；

（4）制备生物柴油和回收溶剂：将油相使用旋转蒸发仪蒸馏，得到生物柴油33.2g，同时回收正已烷。计算生物柴油得率为66.4%(33.2*100/(0.5*100)=66.4%)。

对比例1：

（1）产油酵母，发酵液终了干重100g/L；

（2）一步法制生物柴油：取0.5L产油酵母发酵液加入到装有0.45L无水乙醇（0.5*100:450=1:9）的反应釜中，然后缓慢加入285mL98%浓硫酸(0.285/(0.5+0.45)=30%)进行酯化反应制备生物柴油；缓慢升高温度到100摄氏度，并使用100rpm速度一直搅拌，升温结束后反应3小时；

（3）制备油相：酯化反应结束后，静置4小时，使酯化液分层，取上部浊液，加入300mL正已烷(300:(0.5*100)=6:1)，充分混合，然后离心，离心力为6000~10000，离心时间为5~10min，取油相；连续萃取4次，萃取温度为40度；

（4）制备生物柴油和回收溶剂：将油相使用旋转蒸发仪蒸馏，得到生物柴油21.2g，同时回收正已烷。计算生物柴油得率为42.4%(21.2*100/(0.5*100)=42.4%)。

对比例2：

（1）产油酵母，发酵液终了干重100g/L；

（2）一步法制生物柴油：取0.5L产油酵母发酵液加入到装有0.45L无水乙醇（0.5*100:450=1:9）的反应釜中，然后缓慢加入285mL98%浓硫酸(0.285/(0.5+0.45)=30%)进行酯化反应制备生物柴油；缓慢升高温度到135摄氏度，并使用100rpm速度一直搅拌，升温结束后反应3小时；

（3）制备油相：酯化反应结束后，静置4小时，使酯化液分层，取上部浊液，加入300mL正已烷(300:(0.5*100)=6:1)，充分混合，然后离心，离心力为6000~10000，离心时间为5~10min，取油相；连续萃取4次，萃取温度为40度；

（4）制备生物柴油和回收溶剂：将油相使用旋转蒸发仪蒸馏，得到生物柴油20.4g，同时回收正已烷。计算生物柴油得率为40.8%(20.4*100/(0.5*100)=40.8%)。

对比例3：

（1）产油酵母，发酵液终了干重100g/L；

（2）一步法制生物柴油：取0.5L产油酵母发酵液加入到装有0.8L无水乙醇（0.5*100:800=1:16）的反应釜中，然后缓慢加入285mL98%浓硫酸(0.285/(0.5+0.45)=30%)进行酯化反应制备生物柴油；缓慢升高温度到125摄氏度，并使用100rpm速度一直搅拌，升温结束后反应3小时；

（3）制备油相：酯化反应结束后，静置4小时，使酯化液分层，取上部浊液，加入300mL正已烷(300:(0.5*100)=6:1)，充分混合，然后离心，离心力为6000~10000，离心时间为5~10min，取油相；连续萃取4次，萃取温度为40度；

（4）制备生物柴油和回收溶剂：将油相使用旋转蒸发仪蒸馏，得到生物柴油20.6g，同时回收正已烷。计算生物柴油得率为41.2%(20.6*100/(0.5*100)=41.2%)。

对比例4：

（1）产油酵母，发酵液终了干重100g/L；

（2）一步法制生物柴油：取0.5L产油酵母发酵液加入到装有0.3L无水乙醇（0.5*100:300=1:6）的反应釜中，然后缓慢加入285mL98%浓硫酸(0.285/(0.5+0.45)=30%)进行酯化反应制备生物柴油；缓慢升高温度到125摄氏度，并使用100rpm速度一直搅拌，升温结束后反应3小时；

（3）制备油相：酯化反应结束后，静置4小时，使酯化液分层，取上部浊液，加入300mL正已烷(300:(0.5*100)=6:1)，充分混合，然后离心，离心力为6000~10000，离心时间为5~10min，取油相；连续萃取4次，萃取温度为40度；

（4）制备生物柴油和回收溶剂：将油相使用旋转蒸发仪蒸馏，得到生物柴油20.7g，同时回收正已烷。计算生物柴油得率为41.4%(20.7*100/(0.5*100)=41.4%)。

对比例5：

（1）产油酵母，发酵液终了干重100g/L；

（2）一步法制生物柴油：取0.5L产油酵母发酵液加入到装有0.35L无水乙醇（0.5*100:350=1:7）的反应釜中，然后缓慢加入285mL98%浓硫酸(0.285/(0.5+0.45)=30%)进行酯化反应制备生物柴油；缓慢升高温度到125摄氏度，并使用100rpm速度一直搅拌，升温结束后反应3小时；

（3）制备油相：酯化反应结束后，静置4小时，使酯化液分层，取上部浊液，加入50mL正已烷(50:(0.5*100)=1:1)，充分混合，然后离心，离心力为6000~10000，离心时间为5~10min，取油相；连续萃取4次，萃取温度为40度；

（4）制备生物柴油和回收溶剂：将油相使用旋转蒸发仪蒸馏，得到生物柴油19.2g，同时回收正已烷。计算生物柴油得率为38.4%(19.2*100/(0.5*100)=38.4%)。

对比例6：

（1）产油酵母，发酵液终了干重100g/L；

（2）一步法制生物柴油：取0.5L产油酵母发酵液加入到装有0.3L无水乙醇（0.5*100:300=1:6）的反应釜中，然后缓慢加入285mL98%浓硫酸(0.285/(0.5+0.45)=30%)进行酯化反应制备生物柴油；缓慢升高温度到125摄氏度，并使用100rpm速度一直搅拌，升温结束后反应3小时；

（3）制备油相：酯化反应结束后，静置4小时，使酯化液分层，取上部浊液，加入450mL正已烷(450:(0.5*100)=9:1)，充分混合，然后离心，离心力为6000~10000，离心时间为5~10min，取油相；连续萃取4次，萃取温度为40度；

（4）制备生物柴油和回收溶剂：将油相使用旋转蒸发仪蒸馏，得到生物柴油19.3g，同时回收正已烷。计算生物柴油得率为38.6%(19.3*100/(0.5*100)=38.6%)。

对比例7：

（1）产油酵母，发酵液终了干重100g/L；

（2）一步法制生物柴油：取0.5L产油酵母发酵液加入到装有0.3L无水乙醇（0.5*100:300=1:6）的反应釜中，然后缓慢加入95mL98%浓硫酸(0.95:(0.5+0.45)=10%)进行酯化反应制备生物柴油；缓慢升高温度到125摄氏度，并使用100rpm速度一直搅拌，升温结束后反应3小时；

（3）制备油相：酯化反应结束后，静置4小时，使酯化液分层，取上部浊液，加入350mL正已烷(350:(0.5*100)=7:1)，充分混合，然后离心，离心力为6000~10000，离心时间为5~10min，取油相；连续萃取4次，萃取温度为40度；

（4）制备生物柴油和回收溶剂：将油相使用旋转蒸发仪蒸馏，得到生物柴油15.2g，同时回收正已烷。计算生物柴油得率为30.4%(15.2*100/(0.5*100)=30.4%)。

对比例8：

（1）产油酵母，发酵液终了干重100g/L；

（2）一步法制生物柴油：取0.5L产油酵母发酵液加入到装有0.3L无水乙醇（0.5*100:300=1:6）的反应釜中，然后缓慢加入570mL98%浓硫酸(0.57/(0.5+0.45)=60%)进行酯化反应制备生物柴油；缓慢升高温度到125摄氏度，并使用100rpm速度一直搅拌，升温结束后反应3小时；

（3）制备油相：酯化反应结束后，静置4小时，使酯化液分层，取上部浊液，加入350mL正已烷(350:(0.5*100)=7:1)，充分混合，然后离心，离心力为6000~10000，离心时间为5~10min，取油相；连续萃取4次，萃取温度为40度；

（4）制备生物柴油和回收溶剂：将油相使用旋转蒸发仪蒸馏，得到生物柴油18.3g，同时回收正已烷。计算生物柴油得率为36.6%(18.3*100/(0.5*100)=36.6%)。

对比例9：

（1）产油酵母，发酵液终了干重100g/L；

（2）采用离心等其他方法将上述发酵液制成藻块或藻粉；

（3）一步法制生物柴油：取0.5L产油酵母发酵液加入到装有0.3L无水乙醇（0.5*100:300=1:6）的反应釜中，然后缓慢加入570mL98%浓硫酸(0.57/(0.5+0.45)=60%)进行酯化反应制备生物柴油；缓慢升高温度到125摄氏度，并使用100rpm速度一直搅拌，升温结束后反应3小时；

（4）制备油相：酯化反应结束后，静置8小时，使酯化液分层，取上部浊液，加入450mL正已烷(450:(0.5*100)=9:1)，充分混合，然后离心，离心力为6000~10000，离心时间为5~10min，取油相；连续萃取4次，萃取温度为40度；

（5）制备生物柴油和回收溶剂：将油相使用旋转蒸发仪蒸馏，得到生物柴油17.6g，同时回收正已烷。计算生物柴油得率为35.2%(17.6*100/(0.5*100)=35.2%)。

对比例10：

（1）产油酵母，发酵液终了干重100g/L；

（2）将上述发酵液中的藻类细胞破碎；

（3）一步法制生物柴油：取0.5L产油酵母发酵液加入到装有0.3L无水乙醇（0.5*100:300=1:6）的反应釜中，然后缓慢加入570mL98%浓硫酸(0.57/(0.5+0.45)=60%)进行酯化反应制备生物柴油；缓慢升高温度到50摄氏度，并使用100rpm速度一直搅拌，升温结束后反应3小时；

（4）制备油相：酯化反应结束后，静置8小时，使酯化液分层，取上部浊液，加入450mL正已烷(450:(0.5*100)=9:1)，充分混合，然后离心，离心力为6000~10000，离心时间为5~10min，取油相；连续萃取4次，萃取温度为40度；

（5）制备生物柴油和回收溶剂：将油相使用旋转蒸发仪蒸馏，得到生物柴油17.0g，同时回收正已烷。计算生物柴油得率为34%(17.0*100/(0.5*100)=34%)。

对比例11：

（1）产油酵母，发酵液终了干重100g/L；

（2）将上述发酵液中的藻类浓缩除去40~60的水；

（3）将上述发酵液中的藻类细胞破碎；

（4）一步法制生物柴油：取0.5L产油酵母发酵液加入到装有0.3L无水乙醇（0.5*100:300=1:6）的反应釜中，然后缓慢加入570mL98%浓硫酸(0.57/(0.5+0.45)=60%)进行酯化反应制备生物柴油；缓慢升高温度到50摄氏度，并使用100rpm速度一直搅拌，升温结束后反应3小时；

（5）制备油相：酯化反应结束后，静置8小时，使酯化液分层，取上部浊液，加入450mL正已烷(450:(0.5*100)=9:1)，充分混合，然后离心，离心力为6000~10000，离心时间为5~10min，取油相；连续萃取4次，萃取温度为40度；

（6）制备生物柴油和回收溶剂：将油相使用旋转蒸发仪蒸馏，得到生物柴油17.5g，同时回收正已烷。计算生物柴油得率为35%(17.5*100/(0.5*100)=35%)。

总结上述实施例可知，实施例1~4的柴油提取率明显高于现有技术，提取出来的柴油杂质较少，经气化分析90%以上的酯是由棕榈酸酯、油酸酯和亚油酸酯组成。且步骤简单，对异养小球藻发酵液该方法不需要调节藻液的pH值、不需要通过加热或者反复调节压力、不需要加入絮凝剂、不需要进行离心或者干燥制藻粉、不需要进行细胞破碎；微藻培养液在利用疏水性有机溶剂萃取时可以直接将里面的油脂萃取出来；在酯化前不需要预先加入有机溶剂进行处理；发酵液加入到催化剂和低碳醇的混合液中直接进行酯化；提柴油的工艺流程极短，操作过程简单，提取时间短，能耗低，减少工艺流程相当于减少了物料损失、减少了能源消耗；提柴油的过程中没有加入其他物质，减少了杂质或者是对藻油品质的影响。在整个提藻油工艺过程中，其能耗要比现有的工艺普遍低30%，柴油得率则普遍高17~30%。由对比例1、2可知，在其他条件不变的情况下，通过调整酯化反应的温度，无论酯化温度高于本申请的温度或低于本申请的温度值，生物柴油提取率最高只有42.4，且柴油经气化分析棕榈酸酯、油酸酯和亚油酸酯组成只占50%左右；由对比例3、4可知，在其他条件不变的情况下，通过调整藻油微生物的干重与无水乙醇的配比数值，生物柴油提取率明显低于本申请的提取率；由于在酯化或者是萃取过程中，我们的原料中含有60%-99%的水分，所以加入与干重相比7-10倍的乙醇有助于油脂细胞内的游离脂肪酸进行彻底的酯化；加入过少或过多乙醇都不利于游离脂肪酸进行彻底的酯化，且柴油经气化分析棕榈酸酯、油酸酯和亚油酸酯组成只占43%左右；。由对比例5、6可知，在其他条件不变的情况下，通过调整有机溶剂与藻油微生物的干重的配比数值，生物柴油提取率明显低于本申请的提取率，且柴油经气化分析棕榈酸酯、油酸酯和亚油酸酯组成只占51%左右；；由对比例7、8可知，在其他条件不变的情况下，通过调整浓硫酸的添加量，无论浓硫酸的添加量高于本申请或低于本申请的值，生物柴油提取率依然很低，且柴油经气化分析棕榈酸酯、油酸酯和亚油酸酯组成只占47%左右；由对比例9可知，在其他条件不变的情况下，将发酵液制成藻块或藻粉，最终的柴油提取率依然低于实施例1~4的提取率，且柴油经气化分析棕榈酸酯、油酸酯和亚油酸酯组成只占50%左右。因为，在化工工艺流程中，每增加一个步骤，那么其总体收率至少要降低6~10%，甚至更高，因为任何一个步骤不可能做到收率达到100%。另外藻液在发酵过程中，会有部分藻细胞因溶氧、营养物质缺乏而死亡或自溶，生物量（干重）越高这种现象越明显，当生物量（干重）超过100g/L时，其死亡或自溶量约占总量的20-35%。在离心时候，会发生分层：细胞碎片会集聚在最上方，中间是水，最下层是正常细胞，采用离心导致死亡和自溶部分所产生的油脂损失。且经计算实施例9的能源消耗是实施例1~4的1.6倍。由对比例10可知，在其他条件不变的情况下，将发酵液的藻液细胞破碎到80%，最终的柴油提取率依然低于实施例1~4的提取率，且柴油经气化分析棕榈酸酯、油酸酯和亚油酸酯组成只占52%左右，因为，在化工工艺流程中，一方面每增加一个步骤，那么其总体收率至少要降低6~10%，甚至更高，因为任何一个步骤不可能做到收率达到100%。另一方面这个过程需要消耗大量的时间、能量，上述的细胞破碎既增加了工艺流程又浪费了能源。且经计算实施例10的能源消耗是实施例1~4的1.5倍。由对比例11可知，在其他条件不变的情况下，将发酵液先浓缩除去40~60%的水分，再将发酵液的藻液细胞破碎到80%，最终的柴油提取率依然低于实施例1~4的提取率，且柴油经气化分析棕榈酸酯、油酸酯和亚油酸酯组成只占52%左右。一方面每增加一个步骤，那么其总体收率至少要降低6~10%，甚至更高，因为任何一个步骤不可能做到收率达到100%。另一方面浓缩和破碎这个过程需要消耗大量的时间、能量，上述的细胞破碎既增加了工艺流程又浪费了能源。且经计算实施例11的能源消耗是实施例1~4的1.7倍。让人意想不到的是，采用优选的技术方案，疏水性有机溶剂为正已烷，疏水性有机溶剂添加量与异养小球藻液干重比为：4：1~6：1（v：w,单位为mL:g）；优选的，本发明方法中，异养小球藻液干重：无水乙醇=1：8~1：9，（w：v,单位为g:mL）；浓硫酸的添加量为异养小球藻液与乙醇总体积的24%~26%；酯化反应温度为115~125摄氏度，酯化反应时间为2~3小时，萃取温度30~40摄氏度，实施例5~8的提取率明显高于实施例1~4，且提取出来的柴油杂质较少，经气化分析90%以上的酯是由棕榈酸酯、油酸酯和亚油酸酯组成。本申请的能耗要比现有的工艺至少低55%，柴油提取率能够达到66.8%，大大提高了柴油提取率。

Claims (8)

1.一种一步法制生物柴油的方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

（1）一步法制生物柴油：含油微生物液体加入到装有低碳醇的反应釜中混合均匀，然后缓慢加入催化剂进行酯化反应制备生物柴油；

（2）制备油相：酯化反应后静置分层，取上部液体加入疏水性有机溶剂，混合均匀进行萃取，萃取充分后离心，制备油相；

（3）制备生物柴油和回收溶剂：通过蒸馏将油相中的疏水性有机溶剂回收同时得到生物柴油；低碳醇采用无水乙醇，含油微生物干物质重量：无水乙醇=1：7~1：10，（w：v,单位为g:mL）；催化剂采用98%浓硫酸，浓硫酸的添加量为含油微生物液体与无水乙醇总体积的20%~30%。

2.如权利要求1所述的一步法制生物柴油的方法，其特征在于：酯化反应温度为110~130摄氏度，酯化反应时间为1~4小时。

3.如权利要求1所述的一步法制生物柴油的方法，其特征在于：含油微生物干物质重量：无水乙醇=1：8~1：9，（w：v,单位为g:mL）。

4.如权利要求1所述的一步法制生物柴油的方法，其特征在于：浓硫酸的添加量为含油微生物液体与乙醇总体积的24%~26%。

5.如权利要求2所述的一步法制生物柴油的方法，其特征在于：酯化反应温度为115~125摄氏度，酯化反应时间为2~3小时。

6.如权利要求1所述的一步法制生物柴油的方法，其特征在于：疏水性有机溶剂采用正已烷，疏水性有机溶剂添加量与含油微生物干物质重量比为：2：1~7：1（v：w,单位为mL:g），萃取温度为20~70摄氏度。

7.如权利要求6所述的一步法制生物柴油的方法，其特征在于：疏水性有机溶剂采用正已烷，疏水性有机溶剂添加量与含油微生物干物质重量比为：4：1~6：1（v：w,单位为mL:g），萃取温度为30~40摄氏度。

8.如权利要求5所述的一步法制生物柴油的方法，其特征在于：疏水性有机溶剂采用正已烷，疏水性有机溶剂添加量与含油微生物干物质重量比为：4：1~6：1（v：w,单位为mL:g），萃取温度为30~40摄氏度。