專利名稱：來自蒸汽甲烷重整器的副產(chǎn)物二氧化碳在藻類生物燃料生產(chǎn)方法中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用來自蒸汽甲烷重整器(SMR)的副產(chǎn)物二氧化碳(CO2)來為生物質(zhì) 生產(chǎn)中使用的藻類的生長提供給料的方法和設(shè)備，所述生物質(zhì)生產(chǎn)包括生產(chǎn)用于任何目的 的藻類生物質(zhì)，例如生物燃料生產(chǎn)，化學(xué)中間體，營養(yǎng)制品或藥物。
背景技術(shù)：
甲烷重整器是用于由天然氣(例如甲烷)和催化劑(通常是鎳)來生產(chǎn)純氫的裝 置。兩類重整器主要用于工業(yè)中，自熱重整和蒸汽甲烷重整(SMR)，它們都通過使天然氣在 高溫和高壓下接觸催化劑來工作。SMR將外部氣體源引入加熱管道中，在該管道中發(fā)生催化反應(yīng)，使水蒸汽和輕質(zhì)烴 (例如天然氣或甲烷)轉(zhuǎn)化為氫和一氧化碳，也稱為合成氣。合成氣進(jìn)一步與水蒸汽反應(yīng)， 產(chǎn)生更高產(chǎn)率的合成氣以及副產(chǎn)物二氧化碳。然后，處理合成氣，以除去碳氧化物(carbon oxide)雜質(zhì)，例如通過壓力變動(dòng)吸附法處理合成氣，從而提供純氫產(chǎn)品。盡管SMR生產(chǎn)純氫的效果良好，但是糟糕的是，該方法也會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳，這 些二氧化碳通常向大氣排放。二氧化碳是公認(rèn)的溫室氣體，它對(duì)全球變暖問題有影響，目前 美國和世界上其它國家的法規(guī)意圖減少從所有工業(yè)生產(chǎn)排放的二氧化碳的量。另外，還引起關(guān)注的是與生產(chǎn)綠色替代能源相關(guān)的基金項(xiàng)目，例如用于運(yùn)輸?shù)臍?燃料，以及用于轉(zhuǎn)化為生物燃料的藻類生物質(zhì)的生產(chǎn)。因?yàn)樵孱惖纳L非常迅速，比陸上 植物或糧食作物最多快十倍，并且收獲周期為1-10天，一些收獲物可以在極短的時(shí)間內(nèi)獲 得，因此與由陸上植物或糧食作物得到的結(jié)果相比，得到明顯更高產(chǎn)率的藻類生物質(zhì)，因而 得到更高產(chǎn)率的生物燃料。藻類生產(chǎn)特別引人注意的是減少全世界石油的消耗，因?yàn)榕c其 它蔬菜源(例如玉米、大豆、棕櫚、油菜籽等)相比，一些藻類物質(zhì)能產(chǎn)生明顯更多的生物燃 料/英畝。另外，由藻類生產(chǎn)生物燃料的益處還在于不需要使用蔬菜，這些蔬菜能更好地用 于抗擊世界范圍內(nèi)的饑餓問題。而且，藻類生產(chǎn)常常在陸上或不適合蔬菜作物生長的空地 上進(jìn)行，所述空地例如是干旱地、含有過多鹽漬土的陸地和干旱-貧瘠地。由藻類生產(chǎn)的生 物柴油是環(huán)境友好的綠色可再生燃料，該燃料在燃燒過程中幾乎或完全不釋放有毒氣體， 并且所需的能量是生產(chǎn)乙醇所需能量的約1/8。由藻類生產(chǎn)生物質(zhì)是較簡(jiǎn)單的方法。藻類生長需要起始藻類物質(zhì)、水、二氧化碳和 太陽輻照。藻類通過光合作用將二氧化碳和陽光轉(zhuǎn)化為氧和生物質(zhì)，主要是碳水化合物、脂 質(zhì)/淀粉和蛋白質(zhì)。已經(jīng)顯示，引入培養(yǎng)肉湯中的二氧化碳最多有95%被轉(zhuǎn)化。然后，通過 已知的酯交換方法由收獲的經(jīng)過脫水的藻類生產(chǎn)生物燃料，所述酯交換方法是酯的有機(jī)基 團(tuán)與醇的有機(jī)基團(tuán)進(jìn)行交換的方法。有兩種主要的系統(tǒng)用于藻類生長，即敞開式系統(tǒng)(open-pond systems)和封閉 式系統(tǒng)，其中，使用塑料管使載有營養(yǎng)物的水與陽光接觸，所述塑料管稱為光生物反應(yīng)器 (PBR)。敞開式系統(tǒng)需要更堅(jiān)強(qiáng)的藻類株系，以承受溫度和pH變化，并且與入侵的藻類和細(xì) 菌競(jìng)爭(zhēng)。PBR通常能得到更高的產(chǎn)率，原因在于藻類并不需要將能量從生長轉(zhuǎn)移開以對(duì)付其它組織，但是運(yùn)行該敞開式系統(tǒng)是比較昂貴的。對(duì)于敞開式或PBR系統(tǒng)，需要便宜的二氧化 碳源。對(duì)PBR重要的是二氧化碳是經(jīng)過消毒的，以避免污染。仍然需要改善用于生物質(zhì)以及隨后的生物燃料生產(chǎn)的藻類的生長方法。發(fā)明概述本發(fā)明提供利用來自蒸汽甲烷重整器的副產(chǎn)物二氧化碳作為原料用于藻類生長 的方法和設(shè)備，所述藻類用于生產(chǎn)各種用途的生物質(zhì)，包括生物燃料生產(chǎn)。本發(fā)明通過使用 二氧化碳作為藻類生長的原料而有助于減少工業(yè)SMR方法的二氧化碳排放，二氧化碳是一 種已知的溫室氣體。另外，本發(fā)明提供生產(chǎn)綠色能量生物燃料的方法，有助于減少對(duì)化石燃 料的依賴，并且有助于減少溫室氣體排放。附圖簡(jiǎn)要說明

圖1是依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的設(shè)備的示意圖。發(fā)明詳述本發(fā)明涉及使用來自蒸汽甲烷重整器(SMR)的副產(chǎn)物二氧化碳為藻類生物質(zhì)生 長提供給料的方法和設(shè)備，所述藻類生物質(zhì)可用于綠色能量生物燃料生產(chǎn)。下面將結(jié)合圖 1更詳細(xì)地描述本發(fā)明。圖1是依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的設(shè)備的示意圖。具體而言，圖1顯示具有天然 氣進(jìn)料00)和水蒸汽進(jìn)料(30)的SMR工藝室(10)。該工藝室(10)使用天然氣和水蒸汽 形成合成氣，該合成氣被收集在收集容器如儲(chǔ)罐GO)中，進(jìn)一步加工和純化，產(chǎn)生純氫和 副產(chǎn)物二氧化碳。依據(jù)本發(fā)明，將來自SMR工藝的二氧化碳運(yùn)輸?shù)皆孱惿L過程(50)中， 用作該過程的原料，通過光合作用轉(zhuǎn)化為氧和藻類生物質(zhì)。然后可收獲藻類，加工，產(chǎn)生生 物燃料。二氧化碳可用在各種藻類培養(yǎng)系統(tǒng)中，即封閉式PBR以及敞開式系統(tǒng)中。在將二 氧化碳引入藻類培養(yǎng)肉湯前，必需除去二氧化碳中的雜質(zhì)，例如SOx，并且需要在環(huán)境溫度 和充分的壓力下進(jìn)入水相。因此，首先對(duì)來自SMR的二氧化碳進(jìn)行處理以除去雜質(zhì)，加熱或 冷卻到環(huán)境溫度，并且加壓到合適的壓力。將從SMR工藝收集的二氧化碳以任何方式運(yùn)輸?shù)皆孱惿L設(shè)施中，這些方式包括 鋼瓶運(yùn)輸車、油罐卡車、火車、管道等。較佳地，為了節(jié)省運(yùn)輸成本和降低生物質(zhì)生產(chǎn)成本， 可以將SMR和藻類生長設(shè)施設(shè)置在彼此相近的地方，這樣可以通過管道直接從SMR遞送到 藻類生長區(qū)域。本發(fā)明提供幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。具體而言，來自SMR操作的二氧化碳可以投入生產(chǎn)，而不是 排放到大氣中，因此降低了溫室氣體排放，并且有助于降低全球變暖的危險(xiǎn)。此外，通過為 藻類生產(chǎn)操作提供便宜且穩(wěn)定的二氧化碳來源，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的藻類生長周期，并且可優(yōu) 化藻類生產(chǎn)。然后，生長的藻類可轉(zhuǎn)化為清潔的生物燃料，有助于降低對(duì)化石燃料的依賴， 或者生長的藻類可用作綠色化學(xué)品的中間體或組成部分。由化石燃料運(yùn)行的發(fā)電廠產(chǎn)生的 廢氣中含4-15%的二氧化碳，與之相比，來自SMR設(shè)備的副產(chǎn)物二氧化碳幾乎是純的。因 此，對(duì)于來自SMR的二氧化碳，藻類植物生產(chǎn)所需的運(yùn)輸和加工量明顯減少，由此降低能量 和生產(chǎn)成本，最終降低生物質(zhì)生產(chǎn)成本。應(yīng)當(dāng)理解，上文所述的實(shí)施方式僅僅是示例性的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不背 離本發(fā)明精神和范圍的前提下進(jìn)行各種改變和改良。所有的這些改變和改良都包括在上述本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，所揭示的所有實(shí)施方式不一定是或選的，本發(fā)明的各種實(shí)施方式 可以組合提供所需的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)藻類生物質(zhì)的系統(tǒng)，其包括產(chǎn)生副產(chǎn)物二氧化碳的蒸汽甲烷重整器；用于收集來自蒸汽甲烷重整器的副產(chǎn)物二氧化碳的裝置；用于將收集的二氧化碳運(yùn)輸?shù)皆孱惿a(chǎn)設(shè)施的裝置；和用于將運(yùn)輸?shù)亩趸家朐孱惿a(chǎn)設(shè)施的藻類生物質(zhì)生產(chǎn)中的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于收集的裝置是容器或儲(chǔ)罐。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于運(yùn)輸副產(chǎn)物二氧化碳的裝置包括油罐 卡車或火車。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于運(yùn)輸副產(chǎn)物二氧化碳的裝置包括管道。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，藻類生產(chǎn)設(shè)施是敞開式系統(tǒng)或封閉式光生 物反應(yīng)器系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括純化和調(diào)節(jié)收集的二氧化 碳的裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于純化和調(diào)節(jié)的裝置包括除雜質(zhì)的裝置 以及調(diào)節(jié)溫度和壓力的裝置。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括收獲在藻類生產(chǎn)設(shè)施生產(chǎn) 的生物質(zhì)的裝置，和用于對(duì)收獲的生物質(zhì)進(jìn)行處理以用于工業(yè)用途的裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工業(yè)用途是生物燃料。
10.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工業(yè)用途是化學(xué)中間體、營養(yǎng)制品或 藥物。
11.一種生產(chǎn)藻類生物質(zhì)的方法，其包括收集來自蒸汽甲烷重整器的副產(chǎn)物二氧化碳；在藻類生產(chǎn)設(shè)施的藻類生物質(zhì)生產(chǎn)工藝中使用收集的副產(chǎn)物二氧化碳。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述藻類生產(chǎn)設(shè)施是敞開式系統(tǒng)或封閉 式光生物反應(yīng)器系統(tǒng)。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法還包括純化和調(diào)節(jié)收集的二氧 化碳。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述純化和調(diào)節(jié)包括除去收集的二氧化 碳中的雜質(zhì)，調(diào)節(jié)二氧化碳的溫度和壓力。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法還包括收獲在藻類生產(chǎn)設(shè)施生 產(chǎn)的生物質(zhì)，對(duì)收獲的生物質(zhì)進(jìn)行處理以用于工業(yè)用途。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述工業(yè)用途是生物燃料。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述工業(yè)用途是化學(xué)中間體、營養(yǎng)制品或 藥物。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用作為蒸汽甲烷重整器(SMR)的氫生產(chǎn)副產(chǎn)物收集的二氧化碳用作藻類生物質(zhì)生長的給料，所述藻類生物質(zhì)用于各種用途，例如生物燃料生產(chǎn)，化學(xué)中間體，營養(yǎng)制品或藥物。本發(fā)明有助于減少二氧化碳(一種已知的溫室氣體)的排放，還有助于優(yōu)化用于生產(chǎn)清潔生物燃料的藻類的生長，從而減輕對(duì)石油和化石燃料的依賴。
文檔編號(hào)C12M1/00GK102071131SQ20101055396
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月16日
發(fā)明者J·J·布呂爾, M·莫司特茨 申請(qǐng)人:琳德股份公司