專利名稱：用于生物燃料的藻類生長的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造生物燃料的藻類生長的方法和系統(tǒng)，尤其涉及一種促進(jìn) 制造生物燃料的藻類生長的裝置。
背景技術(shù)：
由于藻類生長快速，含有豐富的植物油，能夠在容器或者池塘中栽培，將對(duì)土地和 淡水的使用降到最低，藻類是生物燃料的良好來源。藻類可以給柴油類燃料的生產(chǎn)提供可 持續(xù)的原料，而且co2排放量非常低。生物燃料(烷基酯)是一種清潔燃燒的柴油燃料，由例如未使用的或者回收的 廢棄植物油，并且能夠直接代替柴油作為純?nèi)剂?B100)或者作為含氧添加劑(通常為
的天然、可再生資源制成。生物柴油最大的生產(chǎn)商和使用者是歐洲。 通常由油菜籽(加拿大油菜)油制成。用于生物柴油生產(chǎn)的原料的另外的來源包括棕櫚油、 動(dòng)物脂以及所有廢棄的脂類。美國，生物柴油第二大的生產(chǎn)商和使用者，所述燃料通常由豆 油和玉米油制得。然而目前正在考慮將使用糧食來源生產(chǎn)生物燃料加入世界糧食短缺的討論中。生物柴油已經(jīng)在美國的環(huán)境保護(hù)署(EPA)注冊(cè)為一種燃料和燃料添加劑。生物柴 油作為一種有效的替代燃料已經(jīng)被聯(lián)邦政府和各州政府承認(rèn)。在常規(guī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)使用生物柴油會(huì)導(dǎo)致未燃的碳?xì)浠衔?、一氧化碳和可吸入顆 粒物大量減少。使用生物柴油可以減少可吸入顆粒物的固體碳組分(因?yàn)樯锊裼椭械难?能夠更加充分的燃燒成為co2)，還可以去除硫酸鹽組分(因?yàn)槿剂现胁缓?，而可溶組分 或者烴組分保持大致相同。因此，生物柴油可以和新技術(shù)完美結(jié)合，例如催化劑技術(shù)(其減 少柴油微粒的可溶組分)，微粒過濾器技術(shù)，以及廢氣再循環(huán)技術(shù)(由于碳的減少從而潛在 地延長發(fā)動(dòng)機(jī)壽命)。盡管排放數(shù)據(jù)更低，但是生物柴油在發(fā)動(dòng)機(jī)中運(yùn)行效果與從石油中得到的柴油相 同。生物柴油減少排放，同時(shí)保持現(xiàn)有的車隊(duì)、加油站、備用零件庫存和成熟的柴油車技術(shù) 不變。生物柴油能在基本不改變發(fā)動(dòng)機(jī)并保持有效負(fù)載容量和柴油里程不變的基礎(chǔ)上替代 柴油。生物柴油的使用是碳中性的。由于“碳交易”系統(tǒng)開始生效，因而其能夠給生物柴 油的使用者帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。生物柴油使人們呼吸更加安全。一項(xiàng)在美國進(jìn)行的研究顯示生物柴油排放物和石 油柴油廢氣相比，能夠顯著降低多環(huán)芳香烴(PAH)和硝化PAH化合物的所有指標(biāo)水平。PAH 和nPAH化合物已經(jīng)被確認(rèn)為潛在的致癌化合物。亞慢性吸入測試結(jié)果顯示，即使在物理上 能達(dá)到的最高濃度下，生物柴油廢氣排放也不會(huì)引起中毒。上述結(jié)果確定地表明了生物柴 油作為無毒、可再生的燃料在健康和環(huán)境方面的效益。由若干政府和非政府組織資助的全球檢測證實(shí)了生物柴油的毒性小于原油柴油， 且生物降解和葡萄糖(一種檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)糖)一樣快。此外，生物柴油在超過125°c時(shí)有一個(gè)閃點(diǎn)，使得其在存儲(chǔ)和處理時(shí)比原油柴油燃料更加安全。根據(jù)應(yīng)用、氣候、季節(jié)，生物柴油的混合物可以從2%直到100%。在歐洲(特別是 法國)，低硫柴油已經(jīng)使用多年，添加生物柴油可以為除硫后缺乏潤滑的柴油提供潤滑。在 需要最大環(huán)境效益的環(huán)境敏感區(qū)域(海洋、高山)和礦山，經(jīng)常使用100%的生物柴油。在 生物柴油用于公共汽車車隊(duì)的美國，更多的使用20%的生物柴油以達(dá)到排放、成本和可利 用性的最佳普遍平衡。養(yǎng)殖藻類有兩種主要方法。第一種方法使用一系列通過擱在支撐結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)管相連的存儲(chǔ)罐。藻類和水被泵 送入管道以保證最大限度地暴露在陽光下，將co2由管道輸送到設(shè)備中以喂養(yǎng)藻類。藻類 污染的危險(xiǎn)很小，因?yàn)樗麄兩L在類似實(shí)驗(yàn)室條件下的封閉的環(huán)境中。每公頃的生產(chǎn)能力 也很高，因而相比開放系統(tǒng)設(shè)備占用更少的土地。然而，因?yàn)楸仨氂袛?shù)公里長的導(dǎo)管以生產(chǎn) 工業(yè)用量的燃油，其設(shè)備比較昂貴，同時(shí)維持設(shè)備清潔和運(yùn)轉(zhuǎn)的維護(hù)費(fèi)用也很高。第二種方法使用一種將水抽吸到一個(gè)將藻類暴露在陽光下的人工、露天水渠的連 續(xù)回路的方法。目前開放式的池塘藻類養(yǎng)殖場的水溝有和市立的游泳池差不多等量的水。 這種開放式的池塘相比封閉系統(tǒng)更加便宜，但是它們也有缺點(diǎn)陽光只照得到靠近水面的 藻類，水分很容易蒸發(fā)，溫度很難控制。污染的危險(xiǎn)性也比封閉系統(tǒng)大。以藻類為食的生物 能夠進(jìn)入開放式的池塘。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種新的可以改善藻類生長和轉(zhuǎn)化以獲得天然燃油 作為生物燃料使用的裝置和系統(tǒng)。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種使用過量0)2并因此改善工業(yè)碳排放足跡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供植物包，用于促進(jìn)生產(chǎn)生物燃料的藻類的生長，包括一種基本上由柔韌的片狀材料制成的包，能夠得到大量現(xiàn)成的結(jié)構(gòu)；；所述的包，包括無色透明頂部薄膜以使陽光透過照到包中的藻類；和一種金屬反光底部薄膜以將陽光反射回到包中的藻類；其中所述包包括一個(gè)與其高度、無色透明頂部薄膜和金屬反光底部薄膜相對(duì)應(yīng)的 大的空間，以增加陽光和熱量傳導(dǎo)到包中的藻類原料以促進(jìn)其生長。本發(fā)明還提供一種系統(tǒng)，包括一個(gè)植物包，有與其高度相對(duì)應(yīng)的巨大的空間，包括頂部基本上透明的表面材 料；一個(gè)陽光控制裝置，在植物包的頂部表面上或者正上方；和一個(gè)加熱輔助裝置，在植物包的底部表面上或者下方；其中，對(duì)陽光控制裝置和加熱輔助裝置的操控，確保在植物包內(nèi)的熱控制以使在 預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)確保充分的熱量。依照本發(fā)明的一種形式，提供一種由透明金屬的或者反光的薄膜構(gòu)成的密封包， 其明確用于養(yǎng)殖藻類以收獲想要的藻類油脂和蛋白質(zhì)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的所述植物包包括a.無色透明頂部薄膜，以使陽光透過照射包中的藻類；
b.金屬反光底部薄膜，以反射陽光到包中的藻類；c.多個(gè)連接點(diǎn)，以使液體形式或者氣體形式的物質(zhì)通過；d.以及當(dāng)頂部和底部薄膜有一中間物作為高氧障礙物來捕獲藻類產(chǎn)生的氧氣；e.多個(gè)液體配送裝置，由置于包內(nèi)的管道和腔組成，以實(shí)現(xiàn)最大限度的攪拌；f.和每個(gè)植物包最小面積為1平方米；g.溫度維持系統(tǒng)；h.能夠和其他包通過泵和罐連接在一起，以組成一個(gè)模塊系統(tǒng)。所述包會(huì)產(chǎn)生封閉的模塊網(wǎng)絡(luò)以提供受控制的空間來養(yǎng)殖特別的能最大化油脂 和蛋白質(zhì)產(chǎn)量的藻類。所述植物包由在暴露在自然環(huán)境中時(shí)卻能夠不受天氣影響以及抗變質(zhì)的材料組 成。所述植物包模塊系統(tǒng)包括可互相連接的多個(gè)包組成，另外還包括i)地面上裝有加熱和冷卻配件的罐，位于提高的位置以達(dá)到最大限度的靜壓力 水頭落差；ii)傳送泵，以使實(shí)現(xiàn)液體流動(dòng)；iii)置于管道熱交換器上的平坦的地面上的包；iv)可作為接受罐或者收獲罐的地下罐。所述植物包模塊系統(tǒng)可以依照藻類生長到作為模塊系統(tǒng)結(jié)果的最佳收獲濃度的 天數(shù)進(jìn)行重復(fù)。


為了使本發(fā)明更容易理解，通過對(duì)其中的附圖進(jìn)行說明對(duì)實(shí)施例進(jìn)行描述。圖1是根據(jù)本發(fā)明的藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)的簡圖；圖2是依照本發(fā)明實(shí)施例在圖1藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)中使用的并具有整體內(nèi)部空氣循環(huán) 的植物包的一種形式的截面圖；圖3是依照本發(fā)明實(shí)施例在圖1藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)中使用的并具有外部空氣循環(huán)的植 物包的第二種形式的截面圖；圖4是依照本發(fā)明實(shí)施例藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)的植物包的總體簡圖；圖5是依照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)的植物包的總體簡圖；圖6是依照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例含有3層包括太陽能包、植物包和溫度控制包的 藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)的總體簡圖；圖7是圖6具有多個(gè)連接進(jìn)口和出口用于連接提供氣體和液體的進(jìn)口和出口的溫 度包的頂部俯視圖；圖8是圖6具有多個(gè)連接進(jìn)口和出口用于連接提供氣體和液體的進(jìn)口和出口的植 物包的頂部俯視圖；圖9是圖6具有多個(gè)連接進(jìn)口和出口用于連接提供氣體和液體的進(jìn)口和出口的太 陽能包的俯視圖；圖10和11是能夠容納多個(gè)控制包用于促使初期藻類生長以部署圖1-9的藻類養(yǎng) 殖系統(tǒng)的植物包的模塊控制室結(jié)構(gòu)的透視8
圖12是用于圖10和11顯示的蜿蜒的循環(huán)路徑的模塊控制單元裝置使用的控制 包的正視圖；圖13是圖10和11模塊控制裝置使用的養(yǎng)殖包的正視圖；圖14是從藻類中生產(chǎn)生物柴油的流程圖；圖15是依照本發(fā)明實(shí)施例包括從混合可再生能源系統(tǒng)提供動(dòng)力的藻類養(yǎng)殖模塊 化系統(tǒng)簡圖；圖16是依照本發(fā)明圖15藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)使用沉降罐的總體簡圖；圖17是依照本發(fā)明圖15藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)使用絮凝罐的總體簡圖；圖18是依照本發(fā)明藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)的干燥袋的平面圖；圖19是依照本發(fā)明在藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)中使用干燥袋的總體簡圖；圖20是依照本發(fā)明的干燥袋的操作簡圖；圖21是依照本發(fā)明的燃油留在產(chǎn)品中的全脂提取工序，使用圖18、19、20的干燥 袋加工來自養(yǎng)殖場的藻類原料的加工流程圖；圖22是依照本發(fā)明藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)使用的溫度罐的簡圖；圖23是依照本發(fā)明藻類養(yǎng)殖包括第一濕法提取工序的加工流程圖；圖24是依照本發(fā)明藻類養(yǎng)殖包括第一濕法提取工序的加工流程圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)附圖，尤其是圖1顯示藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)是模塊化的且目前包括10個(gè)或者更多分 支。每個(gè)分支通常有植物包。藻類的生長批量控制以便隔離任何受到污染的包或者分支。 所述藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)需要基于使用低成本方法以確保藻類養(yǎng)殖以生產(chǎn)生物燃料的較高的經(jīng) 濟(jì)實(shí)質(zhì)和基于開采的石油儲(chǔ)備中得到的燃料的石油成本相比具有競爭性。所述系統(tǒng)中使用五種不同形式的包，包括兩種用于藻類控制階段和三種用于藻類 養(yǎng)殖階段。如圖10-13所示，在藻類控制階段，養(yǎng)殖包和控制包是必須的。如圖1-9所示， 在藻類養(yǎng)殖階段，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例需要植物包、太陽能包和溫度控制包。藻類控制階段的作用在于提供足夠的藻類起始培養(yǎng)物以在預(yù)期的最適生長期開 始后盡快得到藻類養(yǎng)殖產(chǎn)品。所述生長期取決于必須的場地的氣候條件和養(yǎng)殖的藻類的種 類。為了養(yǎng)殖藻類，藻類控制包括準(zhǔn)備和供給營養(yǎng)物質(zhì)。因此所述藻類控制階段對(duì)于藻類養(yǎng)殖者的集起是最大限度的支持，也是藻類的研 究、發(fā)展和加工的關(guān)鍵點(diǎn)。所述藻類控制階段必須的構(gòu)成要素包括 養(yǎng)殖包 控制包 控制室 為養(yǎng)殖區(qū)供應(yīng)營養(yǎng)物的計(jì)量、混合和包裝設(shè)備 溫度控制設(shè)備.LED 照明燈 定量給料設(shè)備 轉(zhuǎn)運(yùn)空氣隔膜泵
·鼓風(fēng)機(jī)·空氣過濾器和洗滌設(shè)備·實(shí)驗(yàn)室根據(jù)圖10-13，用于藻類控制的養(yǎng)殖包的功能在于養(yǎng)殖初期的起始培養(yǎng)物，再將其 轉(zhuǎn)移到控制包中。所述養(yǎng)殖包進(jìn)一步用于為養(yǎng)殖區(qū)供應(yīng)營養(yǎng)素。所述控制包用于養(yǎng)殖足夠 可以轉(zhuǎn)移到藻類養(yǎng)殖區(qū)的起始培養(yǎng)物。如圖10和11所示，所述控制包設(shè)計(jì)成可以懸掛在控制室中，在控制設(shè)備下控制包 自身可以堆疊以最優(yōu)化可用空間。如圖11所示，所述控制室包括使用來自安裝在控制室內(nèi) 部的LED燈的人造光，其按照特定種類的藻類生長需要有特定的光和熱輸出。如圖12和13所示的養(yǎng)殖包和控制包都有能力在同樣的控制設(shè)備下養(yǎng)殖不同藻類 種類中的單一種植。如圖11所示的在藻類控制階段的所述控制室分為多個(gè)支撐支架以懸掛養(yǎng)殖包的 控制包。所述控制室還可以堆疊以最大化的利用控制設(shè)備中的有限的可用空間來獲得足 夠數(shù)量的多個(gè)藻類養(yǎng)殖區(qū)所需的啟動(dòng)培養(yǎng)細(xì)胞儲(chǔ)備。所述控制室還提供支架用于安裝LED 燈。所述控制室便于運(yùn)輸，其本身具有模塊化功能，易于在有限的空間內(nèi)重新布置。所述工序的下一個(gè)階段是藻類養(yǎng)殖階段，如圖1和圖2-9使用的包所示。藻類養(yǎng) 殖系統(tǒng)可以從根本上促進(jìn)藻類的生長以得到收獲，通過使用尤其如圖6所示的三種形式的 包來形成生物燃料。其包括和其高度相比具有巨大空間的植物包，有大體上透明表面材料 的頂部。所述太陽能包置于植物包的上面并在植物包頂部表面上或者正上方提供陽光控制 裝置。此外溫度包起到加熱輔助裝置的作用，其在植物包的底部表面下方。三個(gè)包組合在 一起可以對(duì)陽光控制裝置和加熱輔助裝置提供有效地控制來確保植物包內(nèi)的加熱控制來 確保熱量在能夠使藻類生長的預(yù)期的范圍。所述太陽能包在植物包一側(cè)具有隔熱材料以最小化熱量在空氣中的損失。太陽能 包還具有光過濾器以限制過量光線穿過植物包。太陽能包上層的染色根據(jù)養(yǎng)殖區(qū)位置條件 的不同而不同。太陽能包還有以下特征，其具有層壓在包的頂層的易彎曲的太陽能電池板 作為能源和相連的混合可再生能源系統(tǒng)的部件，其可用于控制藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)的能源使用。如圖16和17所示，更小的太陽能包還具有作為烘干容器的功能，將干燥的空氣泵 入，使用冷凝器來移除并干燥潮濕的空氣。在包下邊使用電加熱墊作為熱源來補(bǔ)充來自太 陽的太陽熱能。包中的操作溫度能夠達(dá)到60攝氏度。使用如圖4，5，6所示的植物包來提供保護(hù)的環(huán)境，為單一培養(yǎng)的藻類提供最佳生 長條件。圖6所示的三種類型的包的連接關(guān)系如圖7，8和9所示。植物包配備配件上有按 鈕的進(jìn)出液體傳送口，用于傳送包括CO2的氣體以及提供物理攪拌以使藻類在植物包內(nèi)液 體中保持懸浮狀態(tài)。所示包還配備端口以輸出富含氧氣的氣體并進(jìn)行收集用于燃燒或者其 他用途。所述植物包具有金屬化的底層以反射光線到包內(nèi)液體懸浮的藻類。如圖15所示，藻類養(yǎng)殖包系統(tǒng)的分支個(gè)數(shù)等于藻類生物量翻倍馬上收獲前需要 的天數(shù)，其和最優(yōu)藻類密度或者5 %的液體相適應(yīng)。假定采取所有適當(dāng)?shù)夭襟E以及藻類生物 量保持在分支最適濃度的50%，在生長期收獲就可能每天發(fā)生。所述營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)包括從控制室控制場所供應(yīng)單一培養(yǎng)的藻類，其中每個(gè)控制室包含10個(gè)控制包。在控制場地準(zhǔn)備營養(yǎng)物質(zhì)并供應(yīng)到位于養(yǎng)殖包中的養(yǎng)殖區(qū)。每個(gè) 養(yǎng)殖包具有一條植物包分支，其中優(yōu)選每個(gè)分支10個(gè)植物包。在收獲工序中當(dāng)溫度罐像植 物包一樣被連續(xù)的重新裝滿后，營養(yǎng)物質(zhì)被溶解。定量給料裝置為正向活塞泵按照由計(jì)時(shí) 裝置測定的所需的時(shí)間間隔進(jìn)行定量給料控制。需要有藻類濃度系統(tǒng)，這樣從植物包中收獲的藻類濃度至少為有5%溶解的生物 量。收獲的目的在于收獲時(shí)從植物包中去除50%的生物量。在從收獲工序回來時(shí)，剩下的 2. 5%溶解的生物量在返回植物包進(jìn)行下一輪收獲循環(huán)前添加營養(yǎng)物質(zhì)。所述收獲周期過程在轉(zhuǎn)動(dòng)的底座上以能夠使支架定量。因此藻類再生5%生物量 所需的天數(shù)決定所需分支的個(gè)數(shù)。收獲需要隔離分支并通過正向活塞泵將那個(gè)分支的植物 包內(nèi)的物質(zhì)連續(xù)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。如圖18所示，藻類溢流管包括低濃度的藻類生物量(“頂部產(chǎn)品”)，一旦其離開平 行板沉降罐其轉(zhuǎn)向溫度管的入口。藻類溢流管包括高濃度的藻類生物量(“底部產(chǎn)品”)， 離開平行板沉降罐端口，首先使用劑量一致的氫氧化鈉處理，通過用計(jì)時(shí)器控制的定量給 料泵系統(tǒng)給料以達(dá)到PH 11。所述底部產(chǎn)品進(jìn)入絮凝罐將生物量和水分離。所述水流過另一個(gè)定量給料系統(tǒng)也 使用計(jì)時(shí)器控制的定量給料泵添加鹽酸調(diào)節(jié)PH到8。因而產(chǎn)生的均衡水流過單向止回閥和 管道，向該排溫度罐的頂部產(chǎn)品給料。所述底部產(chǎn)品(或者來自絮凝罐的藻類濃縮物)存 儲(chǔ)在存儲(chǔ)罐以便于收集并送到提取工廠。所述混合可再生能源系統(tǒng)包括圖15的元件用于輔助藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)的動(dòng)力，包括·太陽能·風(fēng)能·柴油能 電網(wǎng)能源·儲(chǔ)能電池所述太陽能系統(tǒng)包括有彈性的太陽能電池板層壓在太陽能包上。還包括位于植物 包上的太陽能照明板，并且通過互連的直接來回藻類收獲系統(tǒng)提供供暖的傳送管道固定。 太陽能加熱裝置位置可變以支撐遮蔽系統(tǒng)。所述循環(huán)泵和鼓風(fēng)機(jī)泵也能由太陽能供能。以 上都依照養(yǎng)殖區(qū)的整體能源規(guī)劃內(nèi)的每個(gè)地點(diǎn)的能源要求設(shè)計(jì)并建造。風(fēng)能能夠模塊化設(shè)計(jì)以便提供能夠存儲(chǔ)在電池中并用于特別是晚上或者陽光不 充足時(shí)照明的能源。以上都依照養(yǎng)殖區(qū)的整體能源規(guī)劃內(nèi)的每個(gè)地點(diǎn)的能源要求設(shè)計(jì)并建 造。柴油能只用作太陽能和風(fēng)能的后備。對(duì)柴油的任何使用都優(yōu)選生物柴油，并在可 能的地點(diǎn)使用甘油(丙三醇)作為燃料。電網(wǎng)能源是最后的選擇。很顯然必須有電池來管理和存儲(chǔ)來自所有來源的電力產(chǎn)品峰值，并依照養(yǎng)殖區(qū)的 整體能源規(guī)劃設(shè)計(jì)。溫度控制系統(tǒng)包括以下元件 溫度包
溫度罐·電加熱和冷卻墊·通過太陽能包、太陽能電池板、遮蔽系統(tǒng)、太陽能水加熱和外部余熱熱源進(jìn)行預(yù)防的被動(dòng)控制 冷卻塔只有當(dāng)必須且取決于當(dāng)提條件時(shí)，溫度控制包優(yōu)選位于植物包的下面。盡管染色 水平會(huì)依據(jù)當(dāng)?shù)貤l件而不同，但是一直使用所述太陽能包。所述溫度包和溫度罐不固定連 接并由罐內(nèi)的發(fā)熱元件和冷卻金屬盤管控制。冷卻塔連同冷卻水來源通過位于溫度罐上冷 卻金屬盤管來協(xié)助溫度控制過程。藻類養(yǎng)殖的最佳溫度范圍在20攝氏度和30攝氏度之間，臨界點(diǎn)在5攝氏度和38 攝氏度。為了避免臨界點(diǎn)能夠使用加熱和冷卻墊替代溫度包。這些為電操作并且能夠加熱 一側(cè)的同時(shí)冷卻另一側(cè)。通過顛倒兩極，加熱和冷卻可以反向進(jìn)行。置于植物包上的所述太陽能電池板能夠包括位于正下方的LED照明燈，因此補(bǔ)充 藻類在極端加熱的遮蔽或者通過紅外燈提供需要的額外的用于照明的能量。所述遮蔽系 統(tǒng)用于定位設(shè)計(jì)以獲得暗點(diǎn)，暗點(diǎn)能夠通過包相對(duì)于遮蔽系統(tǒng)的位置的方向或者不同的材 料來調(diào)節(jié)。所述LED照明燈有550勒克斯(Iux)的照明強(qiáng)度或者260流明，其操作溫度為 20-40攝氏度，功率使用在12伏下5-7瓦。太陽能水加熱用于極冷的氣候，其能夠加熱到最高60攝氏度。所述余熱能夠通過 熱交換器或者和溫度罐相連的加熱盤管獲得。氣體控制系統(tǒng)包括控制以下· CO2的定量給料 氧氣收集 鼓風(fēng)機(jī)CO2的定量給料通過在和植物包在沿包大約1. 5米長度處通過一系列按鈕相連的 氣體管道中加料來實(shí)現(xiàn)。氧氣收集通過植物包的氧氣屏障以及頂部和底部表面和中心頂部排出實(shí)現(xiàn)。就這 點(diǎn)來說能夠附加收集系統(tǒng)用于萃取、壓縮、存儲(chǔ)富含氧氣的氣體在氧氣接收罐中作為燃燒 來源或者其他需要。當(dāng)壓縮機(jī)進(jìn)口需要空氣過濾器時(shí)每個(gè)分支都配有鼓風(fēng)機(jī)。所述鼓風(fēng)機(jī)使循環(huán)和攪 拌成為可能。所述液體傳送系統(tǒng)包括 泵(太陽能和空氣動(dòng)力)·專用管道·易彎曲的和堅(jiān)硬的管道·罐布置以最大化靜壓力水頭落差并輔助液體流動(dòng) 控制閥門每個(gè)分支都配有太陽能動(dòng)力的正向活塞泵。泵按照需要配備并用于特殊工作，其 由電子交換機(jī)控制。所述工作包括用于沉降罐、絮凝罐、溫度罐并且用于接收罐和冷卻塔。定量給料泵用于控制液體和氣體，其操作由計(jì)時(shí)器控制。
萬一病毒在任何一個(gè)分支或者單獨(dú)的植物包中爆發(fā)，專門管道用于去除交叉感染。依照前后泵的壓力和抽吸要求使用易彎曲的和堅(jiān)硬的管道。在配件上優(yōu)選使用易彎曲 的軟管和按扣。罐的布置要達(dá)到最大化靜壓力水頭落差以最小化泵抽吸需求。這可以通過浮動(dòng)閥 門保持溫度罐的水位，并保持植物包和其持續(xù)水平，以及保證沉降罐低于植物包的水位來 達(dá)到?？刂崎y門用于將藻類從植物包連續(xù)的運(yùn)送并由計(jì)時(shí)器控制?？刂崎y門還可以打開 以使其從收獲系統(tǒng)回到植物包，并由相同的計(jì)時(shí)器控制。如圖16和17所示的所述系統(tǒng)的第三部分為全脂藻類烘干系統(tǒng)，其以單一用途為 基礎(chǔ)使用太陽能烘干包。所述包設(shè)計(jì)為從位于養(yǎng)殖區(qū)的接收罐濃縮得到的藻類去除水分。 在烘干包中濃縮量的測量可以控制，并且在烘干包的排氣口連接計(jì)時(shí)器。將濃縮物從支架 運(yùn)送到烘干包并通過正向活塞泵泵入所述包中。和熱交換器相連的鼓風(fēng)系統(tǒng)通過以計(jì)時(shí)器 為基礎(chǔ)的間歇操作提取潮濕的氣體。所述熱交換器由冷卻塔的水冷卻，以便通過熱交換器 使水氣凝結(jié)并經(jīng)過流向冷卻塔的單向止回閥輸入回流水管。烘干氣體回到太陽能烘干包以 完成循環(huán)。通過來自太陽的太陽能紅外線和位于烘干包下方的電氣墊對(duì)系統(tǒng)加熱，電氣墊由 混合能源系統(tǒng)提供動(dòng)力。所述留在包中的濃縮物作為全脂生物量，其中通過關(guān)閉進(jìn)氣閥并使空氣轉(zhuǎn)向大氣 來將空氣從烘干包中排出，其再次由計(jì)時(shí)器系統(tǒng)控制。然后收集干燥的包，將其扁平包裝以 便于運(yùn)輸。每包預(yù)期的生物量的最大干重為15公斤。實(shí)施例1本發(fā)明的一個(gè)特別例子中，所使用的藻類為以下種類微擬球藻，其包括以下特征· 一種不能移動(dòng)的綠色有鞭毛的細(xì)胞· 一種小細(xì)胞，直徑4-6微米·細(xì)胞區(qū)域漂浮在培養(yǎng)基中，無需通風(fēng)也能保持懸浮。必須的生長條件為 溫度 20_30°C·照明 2500-6000Lux· pH 7. 5-8. 5·鹽度 10_36ppt所述營養(yǎng)物質(zhì)要求為■ NaNO3-150mg/l■ NaHP04-8 . 69mg/l■乙二胺四乙酸鐵-10mg/l■ MnCl2-O. 22mg/l■ CoCl2-O. llmg/1■ CuSO4, 5H20-0. 0196mg/l■ ZnSO4, 7H20-0. 044mg/l
■ Na2SiO3, 2H20_60mg/l■ B12-L 0 μ g/1■生物素-1.0 μ g/1■鹽酸硫胺-0. 2mg/l當(dāng)使用CO2時(shí)，常見做法為使用計(jì)時(shí)器間歇注入并用螺線管閥門保持pH在 7. 5-8. 5之間。通常生產(chǎn)1公斤的藻類生物量需要1-1. 7公斤的C02。微擬球藻的油脂含量為31-68 干重)?？紤]影響因素例如油脂產(chǎn)量和其他需要的屬性，每個(gè)場地使用的最終選擇的藻類 通常會(huì)受到“自然事件”的影響而有所不同。藻類回收和藻類油脂提取工序A)藻類回收所述藻類生長在水中由多個(gè)藻類包組成的養(yǎng)殖區(qū)中。當(dāng)藻類完全成熟并從水中分 離到考慮中用于養(yǎng)殖區(qū)的足夠大小的平行板分離器或者類似的重力沉降器時(shí)，這種藻類水 溶液可以從挑選的包(收獲的)中抽出。過量的水和溢出的藻類經(jīng)由溫度罐回流到養(yǎng)殖區(qū)。將以上得到的濃縮物抽入第二個(gè)沉降器或者絮凝罐，在到容器的過程中調(diào)整其pH 以促進(jìn)進(jìn)一步沉降和濃縮以使水傳送最小化。然后加入過量的水以中和PH值并經(jīng)由溫度 罐回流到養(yǎng)殖區(qū)。作為選擇，濃度步驟可以通過高速沉降式離心機(jī)或者圓盤離心完成。當(dāng)收集了足夠的濃縮物后，依據(jù)相關(guān)的距離遠(yuǎn)近，將其通過卡車或者管道輸送到 煉油廠。B)藻類油脂提取(濕法提取工序)將濃縮物卸載到儲(chǔ)存罐或者接收罐中。然后將其同質(zhì)化或者將其在超過5000psi 的壓力下在超聲處理器中處理以幫助破碎細(xì)胞壁并釋放其中的油脂。然后將其抽入浸提器 中。然后在藻類濃縮物中加入提取劑并攪拌一段時(shí)間使發(fā)生反應(yīng)。然后使用重力沉降 (分離器)或者離心，將所述油脂/提取物混合物從剩下的生物量和水中分離。然后將所述 油脂/提取物混合物抽入第一分裂蒸餾塔，在其中提取物被回收，油脂然后被送到第二分 裂蒸餾塔進(jìn)行脂肪酸分離。需要的甘油三酸酯被送到生物柴油工廠用于酯交換反應(yīng)(例如 生物柴油生產(chǎn))。所述第一分配柱中的提取劑可回收并返回提取器中。然后將分離器的底流或者從分離器中排出的生物量送到烘干廠進(jìn)行生物量烘干， 例如可作為動(dòng)物飼料添加劑(如果使用重力沉降器來回收油脂/提取物混合物然后可能必 須使用第二重力分離器以降低將要送去烘干的水分含量)。無論哪個(gè)例子，在烘干之前使用離心機(jī)或者過濾器進(jìn)行機(jī)械預(yù)脫水通常較為有利。其他可以采用或者應(yīng)用以處理脫脂生物量的工序■對(duì)液體動(dòng)物飼料進(jìn)行巴斯德殺菌■厭氧消化以生產(chǎn)甲烷(“沼氣”)工序詳細(xì)描述A-預(yù)處理
1.接收罐為30公噸容積-接收罐用于從road罐中接收濃縮的藻類生物量 (“CAB”)。2.通過用于控制pH值的配備了定量給料設(shè)備的速度可變的正向活塞泵抽吸CAB。3.離心機(jī)(傾析器或者分離器)用于去除過量的水(回流到養(yǎng)殖區(qū))。4.緩沖罐和離心泵5.均質(zhì)器和/或超聲波罐，配備壓力超過5000psi的平行板以達(dá)到溶解效果。得 到的產(chǎn)品目前被稱為“藻液”。B-提取(工序和所有馬達(dá)都是防爆的)6.將藻液通過正向活塞空氣泵抽吸到具有真空能力的攪拌反應(yīng)罐中。7.將提取劑從提取劑存儲(chǔ)罐定量加入藻液中，并在反應(yīng)裝置中進(jìn)行混合。然后將 混合物抽吸到水平分離器或者三相臥螺離心機(jī)中。8.水平分離器(配備頂部和底部可拆卸端口)■將頂部產(chǎn)物(提取劑和藻類油脂)通過不同速度的正向活塞泵抽吸到葉片式壓 濾機(jī)中?！鰧㈨敳慨a(chǎn)物送到第一分裂蒸餾塔，其中提取劑在分裂蒸餾塔頂部被回收并送到 存儲(chǔ)罐中，藻類油脂在分裂蒸餾塔底部被回收?！鰧⒕频脑孱愑椭腿ゴ鎯?chǔ)。■能夠?qū)⑺椒蛛x器的底部產(chǎn)物進(jìn)行以下處理a.將其抽吸到傾析器中以去除過量的水分(然后所述水分回流到養(yǎng)殖區(qū))。i.將得到的濕餅送到環(huán)狀干燥器中，其中殘留水分不超過6% _8%。ii.將干餅敲打碾碎或者擠壓。b.進(jìn)行巴斯德殺菌處理(例如將底部產(chǎn)物加熱到130°C再冷卻到30°C并用衛(wèi)生的 密封包進(jìn)行包裝)。c.在厭氧條件下發(fā)酵以生產(chǎn)生物氣(甲烷)。9.三相臥螺離心機(jī)(防爆)■蒸餾頂部產(chǎn)品(溶劑和藻類油脂)■上述第8條■去除過多的水分(所述水分回流到養(yǎng)殖區(qū))■底部產(chǎn)物進(jìn)行上述第8條處理應(yīng)當(dāng)理解以上描為對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述且只作為實(shí)例。本發(fā)明不限于此。很明顯 藻類油脂生產(chǎn)的方法和裝置的變更能夠被本領(lǐng)域的專業(yè)人員在不需要任何獨(dú)創(chuàng)性的條件 下理解，并且此類變更包括在下述權(quán)利要求書定義的發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種藻類油脂生產(chǎn)的方法，包括以下步驟a.控制生長以提供集中的生長以供應(yīng)用于藻類養(yǎng)殖的啟動(dòng)裝置；b.主要適用太陽光養(yǎng)殖藻類c.藻類加工；其中至少一步包括使用能夠和水、CO2、氧氣或者空氣中的至少一種的氣體或者液體相互連接的包。
2.如權(quán)利要求1所述的藻類油脂生產(chǎn)的方法，其特征在于，在至少一步中使用所述包 并為傳送做準(zhǔn)備。
3.如權(quán)利要求1所述的藻類油脂生產(chǎn)的方法，其特征在于，在其中一步中使用包并做 到每批分開以防止交叉污染。
4.如權(quán)利要求1所述的藻類油脂生產(chǎn)的方法，其特征在于，加工步驟包括全脂產(chǎn)品和 藻類殘留脂質(zhì)通過烘干工序進(jìn)行加工。
5.如權(quán)利要求4所述的藻類油脂生產(chǎn)的方法，其特征在于，所述包為用于烘干工序的 烘干包并為最終產(chǎn)品的多袋扁平包裝的運(yùn)送做好準(zhǔn)備。
6.如權(quán)利要求1所述的藻類油脂生產(chǎn)的方法，其特征在于，所述加工步驟包括藻類減 脂生產(chǎn)以去除其中的脂質(zhì)，并通過濕法工序加工；a.將懸浮水蒸氣濃度至少50%的成熟的藻類的預(yù)濃縮以形成可以流動(dòng)的液體；b.物理破碎藻類細(xì)胞以釋放其中的脂質(zhì)，通過例如超過5000磅/平方英寸的高壓勻漿 預(yù)濃縮后的液態(tài)的藻類；以及c.化學(xué)破碎藻類細(xì)胞以釋放其中的脂質(zhì)，通過例如添加溶劑、蛋白酶和/或類似的酶；d.添加提取劑以去除釋放的脂質(zhì)；其中物理和化學(xué)破碎藻類步驟促進(jìn)去除脂質(zhì)的效率。
7.如權(quán)利要求6所述的藻類油脂生產(chǎn)的方法，其特征在于，濕法工序進(jìn)一步包括以下 步驟a.通過離心機(jī)或者水平連續(xù)沉降器進(jìn)行物理分離以將提取劑和油脂混合物從生物量 和固態(tài)提取物中分離，以用于后面的烘干處理；b.第一蒸餾工序以從提取劑和油脂混合物種去除提取劑；其中提取劑可以回收并被系統(tǒng)再次利用。
8.如權(quán)利要求6所述的藻類油脂生產(chǎn)的方法，其特征在于，濕法工序進(jìn)一步包括以下 步驟a.第二蒸餾工序一去除單、雙和三甘油酯；b.輸出精制的藻類油脂用于進(jìn)一步加工；其中第二蒸餾工序提供精制的藻類油脂，其適合用于生物柴油生產(chǎn)，而蒸餾得到的脂 肪酸適合用于食品生產(chǎn)。
9.如權(quán)利要求1所述的藻類油脂生產(chǎn)的方法，其特征在于，在控制生長、養(yǎng)殖和加工的 多個(gè)步驟中，使用一種專門的藻類生長包以為能夠進(jìn)行計(jì)量、運(yùn)輸和相互連接成模塊化系 統(tǒng)做準(zhǔn)備。
10.如權(quán)利要求9所述的藻類油脂生產(chǎn)的方法，其特征在于，專門的藻類生長包一種控 制包，其具有從較低的入口到較高的出口的蜿蜒路徑以促進(jìn)處于懸掛位置的包中藻類的流動(dòng)和攪拌，其中C02和營養(yǎng)物質(zhì)注入藻類溶液更加有效。
11.如權(quán)利要求10所述的藻類油脂生產(chǎn)的方法，包括小室構(gòu)造具有外部骨架以能夠懸 掛多個(gè)控制包，還包括熱源和光源用于提供集中藻類生長條件，其中小室構(gòu)造便于堆疊和 運(yùn)輸。
12.如權(quán)利要求9所述的藻類油脂生產(chǎn)的方法，其特征在于，專門的藻類生長包為一種 植物包，用于在藻類養(yǎng)殖步驟中采用陽光。
13.一種用于促進(jìn)藻類生長以收獲來產(chǎn)生生物燃料的的植物包，包括i.一種基本上由柔韌的片狀材料制成的包，能夠得到大量現(xiàn)成結(jié)構(gòu)；ii.所述的包，包括無色透明頂部薄膜以使陽光透過照到包中的藻類；和iii.一種金屬反光底部薄膜以將陽光反射回到包中的藻類；其中所述包包括一個(gè)與其高度、無色透明頂部薄膜和金屬反光底部薄膜相對(duì)應(yīng)的大的 空間，以增加陽光和熱量傳導(dǎo)到包中的藻類原料以促進(jìn)其生長。
14.如權(quán)利要求13所述的植物包，包括用于接收包括C02的氣體的氣體進(jìn)口和用于接 收包括鹽度和海水類似的鹽溶液的液體進(jìn)口。
15.如權(quán)利要求13或14所述的植物包，包括氧氣阻隔材料以阻止氧氣逸出，還包括氣 體出口以允許重獲氧氣。
16.一種太陽能包，其特征在于，和如權(quán)利要求13-15所述的植物包共同使用，具有封 閉的空氣腔，用于隔離和外部重量以使其置于植物包上；a.其中太陽能包包括上部和下部的透明表面以使陽光傳遞到植物包中；和b.光線過濾裝置。
17.如權(quán)利要求16所述的太陽能包，其特征在于，所述太陽能包過濾裝置隔離紅外線。
18.如權(quán)利要求16或17所述的太陽能包，其特征在于，所述太陽能包過濾裝置通過例 如染色和印刷反射表面來限制陽光強(qiáng)度。
19.如權(quán)利要求16、17或18所述的太陽能包，其特征在于，所述太陽能包包括層壓的易 彎曲的太陽能電池板產(chǎn)生動(dòng)力作為動(dòng)力來源。
20.一種促進(jìn)藻類生長用于收獲來產(chǎn)生生物燃料的系統(tǒng)，包括a.一個(gè)植物包，有與其高度相對(duì)應(yīng)的巨大的空間，包括頂部基本上透明的表面材料；b.一個(gè)陽光控制裝置，在植物包的頂部表面上或者正上方；和c.一個(gè)加熱輔助裝置，在植物包的底部表面上或者下方；其中，對(duì)陽光控制裝置和加熱輔助裝置的操控，確保在植物包內(nèi)的熱控制以使在預(yù)先 設(shè)定的范圍內(nèi)確保充分的熱量。
21.一種促進(jìn)藻類生長用于回收來產(chǎn)生生物燃料的植物包，包括一種由透明金屬的或 者反光的薄膜構(gòu)成的密封包，其明確用于養(yǎng)殖藻類以收獲想要的藻類油脂和蛋白質(zhì)。
22.如權(quán)利要求13或14所述的植物包，包括a.無色透明頂部薄膜，以使陽光透過照射包中的藻類；b.金屬反光底部薄膜，以反射陽光到包中的藻類；c.多個(gè)連接點(diǎn)，以使液體形式或者氣體形式的物質(zhì)通過；d.以及當(dāng)頂部和底部薄膜有一中間物作為高氧障礙物來捕獲藻類產(chǎn)生的氧氣；e.多個(gè)液體配送裝置，由置于包內(nèi)的管道和腔組成，以實(shí)現(xiàn)最大限度的攪拌；f.和每個(gè)植物包最小面積為1平方米。
23.如權(quán)利要求1所述的藻類油脂生產(chǎn)的方法，包括多個(gè)植物包來創(chuàng)建一個(gè)封閉的模 塊網(wǎng)絡(luò)以提供在有限的空間來養(yǎng)殖特別的能最大化油脂和蛋白質(zhì)產(chǎn)量的藻類，包括a.溫度維持系統(tǒng)；b.能夠和其他包通過泵和罐連接在一起以組成一個(gè)模塊系統(tǒng)。
24.如權(quán)利要求23所述的藻類油脂生產(chǎn)的方法，其特征在于，所述植物包模塊系統(tǒng)包 括互相連接的多個(gè)包組成，另外還包括a.地面上裝有加熱和冷卻配件的罐，位于提高的位置以達(dá)到最大限度的靜壓力水頭落差；b.傳送泵，以使實(shí)現(xiàn)液體流動(dòng)；c.置于管道熱交換器上的平坦的地面上的包；d.可作為接受罐或者收獲罐的地下罐。
25.如權(quán)利要求23所述的藻類油脂生產(chǎn)的方法，其特征在于，所述植物包模塊系統(tǒng)可 以依照藻類生長到作為模塊系統(tǒng)結(jié)果的最佳收獲濃度的天數(shù)進(jìn)行重復(fù)。
26.一種藻類養(yǎng)殖的方法，包括以下步驟a.具有一個(gè)或者多個(gè)植物包，其空間和高度的比率大于30 1 ；b.具有加熱控制系統(tǒng)，用于大體控制溫度在20到25°C之間；c.通過使用包括透明和反光的材料建造包，為包內(nèi)物質(zhì)增加陽光；d.輸入C02到需要的比例；e.供應(yīng)和海水鹽度類似的鹽溶液；其中包含來自微擬球藻科的一種改良藻類生長的藻類物質(zhì)。
27.一種藻類油脂生產(chǎn)的方法，包括以下步驟a.將懸浮水蒸氣濃度至少50%的成熟的藻類的預(yù)濃縮以形成可以流動(dòng)的液體；b.物理破碎藻類細(xì)胞以釋放其中的脂質(zhì)，通過例如超過5000psi的高壓勻漿預(yù)濃縮后 的液態(tài)的藻類；c.化學(xué)破碎藻類細(xì)胞以釋放其中的脂質(zhì)，通過例如添加溶劑、蛋白酶和/或類似的酶；d.添加提取劑以去除釋放的脂質(zhì)；其中物理和化學(xué)破碎藻類步驟促進(jìn)去除脂質(zhì)的效率。
28.如權(quán)利要求11所述的藻類油脂生產(chǎn)的方法，進(jìn)一步包括以下步驟a.通過離心機(jī)或者水平連續(xù)沉降器進(jìn)行物理分離以將提取劑和油脂混合物從生物量 和固態(tài)提取物中分離，以用于后面的烘干處理；b.第一蒸餾工序以從提取劑和油脂混合物種去除提取劑； 其中提取劑可以回收并被系統(tǒng)再次利用。
29.如權(quán)利要求11所述的藻類油脂生產(chǎn)的方法，進(jìn)一步包括以下步驟a.第二蒸餾工序一去除單、雙和三甘油酯；b.輸出精制的藻類油脂用于進(jìn)一步加工；其中第二蒸餾工序提供精制的藻類油脂，其適合用于生物柴油生產(chǎn)，而蒸餾得到的脂 肪酸適合用于食品生產(chǎn)。
30.一種大體如上參考附圖所述的植物包。
31. 一種大體如上參考附圖所述藻類油脂生產(chǎn)的方法。
全文摘要
一種藻類優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的方法和裝置，包括以下步驟控制生長以提供集中的生長以供應(yīng)用于藻類養(yǎng)殖的啟動(dòng)裝置；主要適用太陽光養(yǎng)殖藻類；將成熟的藻類進(jìn)行加工，優(yōu)選使用濕法提取工序；其中至少一步包括使用能夠和至少一種水、CO2、氧氣或者空氣的氣體或者液體相互連接的包。
文檔編號(hào)A01G7/00GK101820743SQ200880104531
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2008年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月14日
發(fā)明者尼古拉斯·米特羅普洛斯 申請(qǐng)人:尼古拉斯·米特羅普洛斯