CN102317421A - 用于从藻类或者微生物离析油的连续工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于从微生物浆液或者藻类浆液中离析油的连续工艺，其包括将浆液供入三相离心分离器，从而获得三相：一种油相、一种液相和一种生物有机相，该三相离心分离器具有分离盘堆叠并且在至少4500G的力下、优选地在至少5000G的力下运行。本发明还涉及该工艺用于制造生物柴油或者生物燃料的应用。
Description
技术领域
本发明涉及用于从藻类或者微生物离析(isolate)油的工艺，和该工艺用于制造生物柴油或者生物燃料的应用。
背景技术
有意培植的大多数藻类属于微藻类的范畴，它们也被称作浮游植物、微生植物或者浮游藻类。大藻类，通常所称的海藻，具有很多商业的和工业的利用，但是由于它们的大小和它们需要在其中生长的环境的具体要求，它们不适宜于容易地培植，但它们依然为本发明所关心。藻类培植的商业的和工业的目的是为了制造生物塑材、染料、着色剂、原料、药物、污染控制、可转换成生物柴油和生物燃料的藻类燃料。因此，从藻类中可离析出许多的物质并且在发展用于不同目的的成本节约的工艺方面存在大量的商业利益。
在生物柴油或者生物燃料的制造工艺中存在若干步骤，其中离心法是有效的。藻类，根据本发明的一个备选方案，可从藻类浆液(slurry)中分离出。在第二离心法步骤中分离出油之前并且在任何制造生物柴油的反应实现之前，可从藻类中提取油。生物柴油等的分离，连同任何残留的反应物可通过离心法移除。生物柴油可进一步处理和离心。
藻类油的酯交换反应一般用乙醇和充当催化剂的乙醇钠来完成。乙醇钠可通过乙醇与钠反应而制造。因此，以乙醇钠作催化剂，乙醇与藻类油反应以制造生物柴油和甘油。该最终混合物可通过利用离心机来分离。
从藻类浆液中离析油的一个难题是浆液中的巨大数量的水。另一个难题是如何从藻类细胞中提取油。第三个问题是如何使这个工艺更经济。
发明内容
根据本发明通过利用离心分离器解决这些难题。根据本发明的第一方面，利用三相离心分离器回收藻类油。本发明因此涉及用于从藻类浆液中离析油的工艺，该工艺在其最简单的形式中包括一个工艺步骤，该步骤在三相离心分离器中实现。根据本发明的这个方面，通过用于从藻类浆液或者微生物浆液中离析油的连续工艺解决该难题，该工艺包括通过对微生物的细胞壁或者藻类的细胞壁的破坏或者渗透来释放油，将浆液注入到具有分离盘堆叠的三相离心分离器，该三相离心分离器在至少4000G的力下、优选地在至少4500G的力下、最优选地在至少5000G的力下运行。可利用任意类型的三相离心分离器，只要该三相分离器具有分离盘堆叠并且在至少4000G的力下、优选地在至少4500G的力下、最优选地在至少5000G的力下运行。通过使浆液承受离心力可获得三相。该三相包括一种油相、一种液相和一种生物有机相，其中排出的生物有机相具有至少30％的干燥度、优选地至少35％的干燥度、最优选地至少50％的干燥度，并且其中生物有机相包含细胞部分。对细胞壁的破坏可通过由离心力、高速和与离心筒壁的接触引起的摩擦来实现。可通过诸如超声波、加热的额外操作或者通过任意其它适当的方法增强破坏。另一种可能性可为在三相离心分离器内分离之前的步骤中磨碎细胞或者破坏或者渗透微生物的细胞壁或者藻类的细胞壁，破坏或者渗透可通过在由超声处理、液体剪切破裂、珠磨、高压压榨、冻融、冰冻压榨、酶解、水解和病毒降解组成的组中的一种或多种方法适当地进行。
根据本发明的连续工艺可包括通过螺旋输送器将生物有机相输送离开三相分离器。螺旋输送器可包括通过分离器的下转子部分的整体轴向地延伸的中央芯部、包括多个孔洞的套筒状成形件，其中孔洞围绕着旋转轴线R分布，并且从螺旋输送器的上部向下以类似螺旋的方式沿着转子主体的整个内部从转子主体的上端到它的下端轴向地延伸。用于生物有机体的螺旋输送器的出口在此处命名为第一出口。
两个配水盘(paring disc)可剥去油相和液相，因此根据本发明，一个配水盘可剥去油相并且一个配水盘可剥去液相。在转子主体的上端为用于流体的至少一个出口。用于净化液体、油的出口通路在出口管道内延伸，出口管道围绕用于藻类和微生物浆液的供给的进口管道，并且限定第二出口。第二出口可构成用于流体的收集的空间和用于从该空间***流体的配水盘。转子主体的上端可具有用于相对较高密度流体的限定为第三出口的出口。该出口可以以与用于相对较低密度流体的第二出口大致相同的方式构造。因此，用于较高密度流体的以出口腔形式的另一空间可在输送器轴与用于较低密度流体的出口腔之间形成。用于较高密度流体的***的配水盘可布置在该出口腔内，其中，配水盘与用于流体的出口通路相连通。
输送器轴可包括多个孔，其连接径向地处在分离盘堆叠外的环形空间与用于较高密度流体的出口腔。这些孔可适合于形成溢流出口，其对应于用于在转子主体内的流向用于较高密度流体的出口并且通过用于较高密度流体的出口流出的流体的出口，使得较高密度流体与较低密度流体之间的界面水平可在转子主体内维持在径向水平。
在连续工艺中，排出的生物有机相可具有至少30％的干燥度、优选地至少35％的干燥度、最优选地至少50％的干燥度。生物有机相包含细胞部分，诸如构成原始细胞的细胞壁和其它细胞材料。
藻类或者微生物可在可用油压机压榨油包含物之前干燥。由于不同种类的藻类在它们的物理特性方面变化很大，故不同的压力构造螺杆、压榨器、活塞等对于特定的藻类类型工作更好。植物油的很多商业制造商在提取油中利用机械压榨和化学溶剂的联合。
对微生物的细胞壁或者藻类的细胞壁的破坏或者渗透可通过在由超声处理、液体剪切破裂、珠磨、高压压榨、冻融、冰冻压榨、酶解、水解和病毒降解组成的组中的一种或多种方法适当地进行。细胞壁的破坏和因此的油的释放可在转子主体内连续地在分离器的圆周完成，但该工艺也可包括在将浆液供入三相离心分离器之前通过任意一种方法对油进行释放的额外步骤。根据一个备选方案，浆液可在进入三相离心分离器之前穿过超声设备。
超声提取可大大加速提取工艺。利用超声反应器，超声波可用以在溶剂材料内引起空化气泡，当这些气泡在细胞壁附近崩坍时，它们可引起冲击波和液体喷射，这导致这些细胞壁破裂并且将它们的包含物释放到溶剂中。
根据本发明，用于油的离析的工艺可从浓缩步骤开始，其中浆液在两相分离器中浓缩，该两相分离器具有分离盘堆叠，并且在至少4000G的力下、优选地在至少4500G的力下、最优选地在5000G的力下运行。
本发明还涉及连续工艺，该工艺包括三个步骤：
步骤1：
将微生物浆液或者藻类浆液供入两相离心分离器，该两相离心分离器具有分离盘堆叠并且在至少4000G的力下、优选地在至少4500G的力下、最优选地在5000G的力下运行，从而获得具有至少15％、优选地至少18％、最优选地至少20％的干燥度的细胞相。
步骤2：
利用在由超声处理、液体剪切破裂、珠磨、高压压榨、冻融、冰冻压榨、酶解、水解和病毒降解组成的组内的一种或多种方法，通过破坏或者渗透细胞相中的细胞的细胞壁而释放油，从而获得由液体、油和细胞部分组成的浆液。
步骤3：
将来自步骤2的浆液供入三相离心分离器，该三相离心分离器具有分离盘堆叠并且在至少4000G的力下、优选地在至少4500G的力下、最优选地在5000G的力下运行，从而获得三相：一种油相、一种液相和一种包含细胞组成物的生物有机相。
在根据本发明的三个步骤的连续工艺中，步骤1中获得的细胞相可通过螺旋输送器输送离开两相离心分离器。来自步骤3的包含细胞部分的生物有机相也可输送离开三相离心分离器，但是可选地，步骤1和步骤3可具有使细胞相和生物有机相离开分离器的不同方式，或者出口可为不同于螺旋输送器的某物。
在根据本发明的连续工艺中，液相和/或包含细胞部分的生物有机相可进一步加工以获得纤维素和/或淀粉，其可进一步加工以获得甲醇、乙醇、甲醇衍生物或者乙醇衍生物。这些进一步加工的产品可构成从分离出的油中生产生物柴油或者生物燃料的基础。
油可通过诸如甲醇、乙醇、乙酸乙酯的溶剂或者任意其它合适的溶剂来提取。
本发明的连续工艺可用于生物柴油或者生物燃料的生产。
通过对分离器的不同实施例的描述并且参考附图，更确切地描述根据本发明的工艺可利用的三相或两相的离心分离器。
附图说明
图1公开了根据一实施例的离心分离器的详细视图。
图2公开了根据另一实施例的离心分离器的详细视图。
图3公开了根据又一实施例的离心分离器的详细视图。
具体实施方式
图1公开了离心分离器的实例，其包括转子主体1和螺旋输送器2，该转子主体1能够绕竖直旋转轴线R以一定速度旋转，该螺旋输送器2布置在转子主体1内并且能够绕同样的旋转轴线R但以与转子主体1的旋转速度不同的速度旋转。
离心分离器意图以由WO 99/65610指示的方式竖直地悬挂。用于悬挂并且驱动离心分离器所必需的设备因此没有在此处描述。
转子主体1具有包括或者连接到中空转子轴4的基本上柱形的上转子部分3，和基本上锥形的下转子部分5。转子部分3和5通过螺钉6彼此连接并且限定了分离腔7。可选的连接机构当然也可利用。
又一个中空轴8经由转子轴的内部延伸进入转子主体1内。轴8承载螺旋输送器2并且它们通过螺钉9彼此连接。中空轴8传动地连接到螺旋输送器2并且在下文中称作输送器轴。
如图1所示，螺旋输送器2包括中央芯部10、套筒状成形件11、多个翼状件15和至少一个输送螺纹16，其中，中央芯部10通过整个的下转子部分轴向地延伸，套筒状成形件11包括围绕旋转轴线R分布并且从螺旋输送器2的上部轴向地延伸至螺旋输送器2的锥形部分的多个孔洞12，翼状件15围绕旋转轴线R分布并且将芯部10连接到离螺旋输送器2的套筒状成形件11内的旋转轴线R一定径向距离的中央套筒13，该中央套筒13变成锥形部分和下支持板14，输送螺纹16以类似螺旋的方式沿着转子主体1的整个内部从转子主体的上端延伸到转子主体的下端，并且自身连接到套筒状成形件11和芯部10。该至少一个输送螺纹16当然可由合适的数量的输送螺纹补充，例如，两个、三个或者四个，其都以类似螺旋的方式沿着转子主体1的内部延伸。
用于供给待在转子主体1内处理的液体混合物的进口管道17延伸通过输送器轴8并且继续引导进入中央套筒13。进口管道17在所述翼状件15之前轴向地***到在螺旋输送器2中居中的空间。轴向地更接近于芯部10，芯部和下支持板14形成通道18，其构成延伸通过进口管道17的进口通路的延续。通道18经由翼状件15之间的通路与转子主体1的内部连通。
以出口腔20的形式的空间形成在输送器轴8与上锥形支持板19之间。用于***净化液体的配水盘21布置在出口腔20内。配水盘21稳固地连接到进口管道17。用于净化液体的出口通路22在围绕进口管道17并且限定第二出口的出口管道内延伸。
用于分离的干相26的居中地并且轴向地引导的出口25布置在转子主体1的下端并且限定第一出口。与用于干相26的该出口25相关，转子主体1由用于截取离开出口25的干相26的设备27围绕。干相26在图中以在输送螺纹16的径向外部处、在输送螺纹16的面向第一出口25的侧边上的堆积物的形式公开。
转子主体1还包括截顶锥形分离盘28的堆叠，其为表面放大的***物的实例。它们与转子主体1同轴地在它的柱形部分3中居中地安装。锥形分离盘28由延伸通过截顶锥形分离盘28的堆叠的中央套筒13在上锥形支持板19与下锥形支持板14之间轴向地保持在一起，该锥形分离盘28使它们的基础端朝向用于分离的干相的出口25远离。分离盘28包括孔，其当分离盘28安装在离心分离器内时形成用于轴向液体流的通路29。上锥形支持板19包括多个孔23，其将径向地位于分离盘堆叠内的空间24连接到出口腔20。
可选地，锥形分离盘28可如此定向使得它们的基础端面向用于分离的干相的出口25。
图1中的相同的零件在图2中具有对应的参考标记。
图2公开了离心分离器的另一实施例，其中，转子主体1在它的上端包括至少一个出口30，用于具有比被净化并且通过所述配水盘21引导出的流体更高密度的流体，该至少一个出口30限定第三出口。在该至少一个出口30的区域，稍微在该出口下方，布置凸缘，其形成用于在转子主体1内的流向至少一个出口30并且通过至少一个出口30流出的流体的溢流出口31。凸缘的溢流出口31适合于将在转子主体1内的较高密度流体与较低密度流体之间的界面水平维持在径向水平(水平未在附图中公开)。该界面水平可在分离腔7内通过选定在径向方向的溢流出口31的延伸而径向地调节。根据图2中公开的实施例，离心分离器包括设备32，其围绕转子主体1并且适合于截取通过至少一个出口30离开转子主体1的液体。图2公开了作为打开出口的至少一个出口30。可选地，该出口也可以以与在第二出口22处相同的方式具有用于收集流体的空间和用于从该空间***流体的配水盘。替代图2中公开的打开出口的这种可选出口在图3中公开。图2中相同的零件在图3中具有对应的参考标记。
图3相应地公开了离心分离器的又一实施例，其具有用于相对较高密度流体的所述可选出口。为此目的，出口以与用于相对较低密度流体的第二出口22相同的方式构造。因此用于较高密度流体的以出口腔20b形式的又一空间形成在输送器轴8与用于较低密度流体(净化液体)的出口腔20之间。用于较高密度流体的***的配水盘21b布置在出口腔20b内，其中配水盘21b与用于流体的出口通路22b连通。用于较高密度流体的出口通路22b在围绕出口管道和用于较低密度流体(净化液体)的出口通路22的出口管道内延伸。输送器轴8包括数个孔31b，其连接径向地位于分离盘堆叠外部的环形空间与用于较高密度流体的出口腔20b。孔31b适合于形成溢流出口，其对应于在图2中公开的用于在转子主体1内的流向用于较高密度流体的出口并且通过用于较高密度流体的出口流出的流体的出口，使得较高密度流体与较低密度流体之间的界面水平在转子主体1内维持在径向水平(水平未在图3中公开)。相对配水盘进行描述的出口使得用于较高密度流体的离心分离器的出口22b能够适合于与收集设备(诸如收集箱)连通，而不与环绕转子主体以截取离开打开出口的液体的所述设备32(图2中)连通，该收集设备可布置在距离心分离器(未在图3中公开)一定距离处并且在比离心分离器更高的水平上。流体因此从离心分离器中通过配水盘泵出至收集设备。
Claims (13)
1.一种用于从微生物浆液或者藻类浆液中离析油的连续工艺，包括通过对所述微生物的细胞壁或者所述藻类的细胞壁的破坏或者渗透而释放油，在三相离心分离器中分离由释放的油和破坏或者渗透的细胞组成的浆液，所述三相离心分离器具有分离盘堆叠，并且在至少4000G的力下、优选地在至少4500G的力下、最优选地在5000G的力下运行，从而获得三相：一种油相、一种液相和一种生物有机相，其中，排出的所述生物有机相具有至少30％的干燥度、优选地至少35％的干燥度、最优选地至少50％的干燥度，并且其中，所述生物有机相包含细胞部分。
2.根据权利要求1所述的连续工艺，其特征在于，所述生物有机相通过螺旋输送器输送离开所述三相分离器。
3.根据权利要求1或2所述的连续工艺，其特征在于，一个配水盘剥去所述油相，并且一个配水盘剥去所述液相。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的连续工艺，其特征在于，所述油的释放在所述三相离心分离器内实现，或者在将所述浆液供入所述三相离心分离器之前在工艺步骤内实现。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的连续工艺，其特征在于，通过对所述微生物的细胞壁或者所述藻类的细胞壁的破坏或者渗透而释放所述油通过在由声处理、液体剪切破裂、珠磨、高压压榨、冻融、冰冻压榨、酶解、水解和病毒降解组成的组内的一种或多种方法实现。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的连续工艺，其特征在于，所述工艺还包括将所述微生物浆液或者所述藻类浆液在所述三相离心分离器中分离之前在两相分离器中浓缩，所述两相分离器具有分离盘堆叠并且在至少4000G的力下、优选地在至少4500G的力下、最优选地在5000G的力下运行。
7.根据权利要求6所述的连续工艺，其特征在于，从所述两相分离器中获得细胞相，所述细胞相具有至少15％、优选地至少18％、最优选地至少20％的干燥度。
8.根据权利要求7所述的连续工艺，其特征在于，获得的所述细胞相通过螺旋输送器输送离开所述两相离心分离器。
9.一种用于从微生物浆液或者藻类浆液中离析油的连续工艺，包括以下三个步骤：
步骤1：将微生物浆液或者藻类浆液供入两相离心分离器，所述两相离心分离器具有分离盘堆叠，并且在至少4000G的力下、优选地在至少4500G的力下、最优选地在5000G的力下运行，从而获得具有至少15％、优选地至少18％、最优选地至少20％的干燥度的细胞相；
步骤2：利用在由声处理、液体剪切破裂、珠磨、高压压榨、冻融、冰冻压榨、酶解、水解和病毒降解组成的组内的一种或多种方法，通过破坏或者渗透所述细胞相中的细胞的细胞壁释放油；并且
步骤3：将来自步骤2的浆液供入三相离心分离器，所述三相离心分离器具有分离盘堆叠，并且在至少4000G的力下、优选地在至少4500G的力下、最优选地在5000G的力下运行，从而获得三相：一种油相、一种液相和一种包含细胞部分的生物有机相。
10.根据权利要求9所述的连续工艺，其特征在于，在步骤1中获得的所述细胞相通过螺旋输送器输送离开所述两相离心分离器，并且/或者来自步骤3的包含细胞部分的所述生物有机相输送离开所述三相离心分离器。
11.根据权利要求9或10所述的连续工艺，其特征在于，来自步骤3的排出的所述生物有机相具有至少30％的干燥度、优选地至少35％的干燥度、最优选地至少50％的干燥度，并且所述生物有机相包含细胞部分。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的连续工艺，其特征在于，所述液相和/或包含所述细胞部分的所述生物有机相进一步加工以获得纤维素和/或淀粉，其可进一步加工以获得酒精，诸如甲醇或者乙醇，或者酒精衍生物。
13.根据权利要求1到12中的任一项所述的工艺的应用，所述工艺用于制造生物柴油或者生物燃料。
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