專利名稱：用于從藻類或者微生物離析油的連續(xù)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從藻類或者微生物離析(isolate)油的工藝，和該工藝用于制造生物柴油或者生物燃料的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
有意培植的大多數(shù)藻類屬于微藻類的范疇，它們也被稱作浮游植物、微生植物或者浮游藻類。大藻類，通常所稱的海藻，具有很多商業(yè)的和工業(yè)的利用，但是由于它們的大小和它們需要在其中生長的環(huán)境的具體要求，它們不適宜于容易地培植，但它們依然為本發(fā)明所關(guān)心。藻類培植的商業(yè)的和工業(yè)的目的是為了制造生物塑材、染料、著色劑、原料、藥物、污染控制、可轉(zhuǎn)換成生物柴油和生物燃料的藻類燃料。因此，從藻類中可離析出許多的物質(zhì)并且在發(fā)展用于不同目的的成本節(jié)約的工藝方面存在大量的商業(yè)利益。在生物柴油或者生物燃料的制造工藝中存在若干步驟，其中離心法是有效的。藻類，根據(jù)本發(fā)明的一個備選方案，可從藻類漿液(slurry)中分離出。在第二離心法步驟中分離出油之前并且在任何制造生物柴油的反應(yīng)實現(xiàn)之前，可從藻類中提取油。生物柴油等的分離，連同任何殘留的反應(yīng)物可通過離心法移除。生物柴油可進一步處理和離心。藻類油的酯交換反應(yīng)一般用乙醇和充當(dāng)催化劑的乙醇鈉來完成。乙醇鈉可通過乙醇與鈉反應(yīng)而制造。因此，以乙醇鈉作催化劑，乙醇與藻類油反應(yīng)以制造生物柴油和甘油。 該最終混合物可通過利用離心機來分離。從藻類漿液中離析油的一個難題是漿液中的巨大數(shù)量的水。另一個難題是如何從藻類細(xì)胞中提取油。第三個問題是如何使這個工藝更經(jīng)濟。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明通過利用離心分離器解決這些難題。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，利用三相離心分離器回收藻類油。本發(fā)明因此涉及用于從藻類漿液中離析油的工藝，該工藝在其最簡單的形式中包括一個工藝步驟，該步驟在三相離心分離器中實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的這個方面，通過用于從藻類漿液或者微生物漿液中離析油的連續(xù)工藝解決該難題，該工藝包括通過對微生物的細(xì)胞壁或者藻類的細(xì)胞壁的破壞或者滲透來釋放油，將漿液注入到具有分離盤堆疊的三相離心分離器，該三相離心分離器在至少4000G的力下、優(yōu)選地在至少4500G 的力下、最優(yōu)選地在至少5000G的力下運行。可利用任意類型的三相離心分離器，只要該三相分離器具有分離盤堆疊并且在至少4000G的力下、優(yōu)選地在至少4500G的力下、最優(yōu)選地在至少5000G的力下運行。通過使?jié){液承受離心力可獲得三相。該三相包括一種油相、一種液相和一種生物有機相，其中排出的生物有機相具有至少30%的干燥度、優(yōu)選地至少35% 的干燥度、最優(yōu)選地至少50%的干燥度，并且其中生物有機相包含細(xì)胞部分。對細(xì)胞壁的破壞可通過由離心力、高速和與離心筒壁的接觸引起的摩擦來實現(xiàn)。可通過諸如超聲波、加熱的額外操作或者通過任意其它適當(dāng)?shù)姆椒ㄔ鰪娖茐摹Ａ硪环N可能性可為在三相離心分離器內(nèi)分離之前的步驟中磨碎細(xì)胞或者破壞或者滲透微生物的細(xì)胞壁或者藻類的細(xì)胞壁，破壞或者滲透可通過在由超聲處理、液體剪切破裂、珠磨、高壓壓榨、凍融、冰凍壓榨、酶解、水解和病毒降解組成的組中的一種或多種方法適當(dāng)?shù)剡M行。根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)工藝可包括通過螺旋輸送器將生物有機相輸送離開三相分離器。螺旋輸送器可包括通過分離器的下轉(zhuǎn)子部分的整體軸向地延伸的中央芯部、包括多個孔洞的套筒狀成形件，其中孔洞圍繞著旋轉(zhuǎn)軸線R分布，并且從螺旋輸送器的上部向下以類似螺旋的方式沿著轉(zhuǎn)子主體的整個內(nèi)部從轉(zhuǎn)子主體的上端到它的下端軸向地延伸。用于生物有機體的螺旋輸送器的出口在此處命名為第一出口。兩個配水盤(paring disc)可剝?nèi)ビ拖嗪鸵合?，因此根?jù)本發(fā)明，一個配水盤可剝?nèi)ビ拖嗖⑶乙粋€配水盤可剝?nèi)ヒ合?。在轉(zhuǎn)子主體的上端為用于流體的至少一個出口。用于凈化液體、油的出口通路在出口管道內(nèi)延伸，出口管道圍繞用于藻類和微生物漿液的供給的進口管道，并且限定第二出口。第二出口可構(gòu)成用于流體的收集的空間和用于從該空間排泄流體的配水盤。轉(zhuǎn)子主體的上端可具有用于相對較高密度流體的限定為第三出口的出口。該出口可以以與用于相對較低密度流體的第二出口大致相同的方式構(gòu)造。因此，用于較高密度流體的以出口腔形式的另一空間可在輸送器軸與用于較低密度流體的出口腔之間形成。用于較高密度流體的排泄的配水盤可布置在該出口腔內(nèi)，其中，配水盤與用于流體的出口通路相連通。輸送器軸可包括多個孔，其連接徑向地處在分離盤堆疊外的環(huán)形空間與用于較高密度流體的出口腔。這些孔可適合于形成溢流出口，其對應(yīng)于用于在轉(zhuǎn)子主體內(nèi)的流向用于較高密度流體的出口并且通過用于較高密度流體的出口流出的流體的出口，使得較高密度流體與較低密度流體之間的界面水平可在轉(zhuǎn)子主體內(nèi)維持在徑向水平。在連續(xù)工藝中，排出的生物有機相可具有至少30%的干燥度、優(yōu)選地至少35%的干燥度、最優(yōu)選地至少50%的干燥度。生物有機相包含細(xì)胞部分，諸如構(gòu)成原始細(xì)胞的細(xì)胞壁和其它細(xì)胞材料。藻類或者微生物可在可用油壓機壓榨油包含物之前干燥。由于不同種類的藻類在它們的物理特性方面變化很大，故不同的壓力構(gòu)造螺桿、壓榨器、活塞等對于特定的藻類類型工作更好。植物油的很多商業(yè)制造商在提取油中利用機械壓榨和化學(xué)溶劑的聯(lián)合。對微生物的細(xì)胞壁或者藻類的細(xì)胞壁的破壞或者滲透可通過在由超聲處理、液體剪切破裂、珠磨、高壓壓榨、凍融、冰凍壓榨、酶解、水解和病毒降解組成的組中的一種或多種方法適當(dāng)?shù)剡M行。細(xì)胞壁的破壞和因此的油的釋放可在轉(zhuǎn)子主體內(nèi)連續(xù)地在分離器的圓周完成，但該工藝也可包括在將漿液供入三相離心分離器之前通過任意一種方法對油進行釋放的額外步驟。根據(jù)一個備選方案，漿液可在進入三相離心分離器之前穿過超聲設(shè)備。超聲提取可大大加速提取工藝。利用超聲反應(yīng)器，超聲波可用以在溶劑材料內(nèi)引起空化氣泡，當(dāng)這些氣泡在細(xì)胞壁附近崩坍時，它們可引起沖擊波和液體噴射，這導(dǎo)致這些細(xì)胞壁破裂并且將它們的包含物釋放到溶劑中。根據(jù)本發(fā)明，用于油的離析的工藝可從濃縮步驟開始，其中漿液在兩相分離器中濃縮，該兩相分離器具有分離盤堆疊，并且在至少4000G的力下、優(yōu)選地在至少4500G的力下、最優(yōu)選地在5000G的力下運行。本發(fā)明還涉及連續(xù)工藝，該工藝包括三個步驟步驟1:
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將微生物漿液或者藻類漿液供入兩相離心分離器，該兩相離心分離器具有分離盤堆疊并且在至少4000G的力下、優(yōu)選地在至少4500G的力下、最優(yōu)選地在5000G的力下運行，從而獲得具有至少15%、優(yōu)選地至少18%、最優(yōu)選地至少20%的干燥度的細(xì)胞相。步驟2:利用在由超聲處理、液體剪切破裂、珠磨、高壓壓榨、凍融、冰凍壓榨、酶解、水解和病毒降解組成的組內(nèi)的一種或多種方法，通過破壞或者滲透細(xì)胞相中的細(xì)胞的細(xì)胞壁而釋放油，從而獲得由液體、油和細(xì)胞部分組成的漿液。步驟3 將來自步驟2的漿液供入三相離心分離器，該三相離心分離器具有分離盤堆疊并且在至少4000G的力下、優(yōu)選地在至少4500G的力下、最優(yōu)選地在5000G的力下運行，從而獲得三相一種油相、一種液相和一種包含細(xì)胞組成物的生物有機相。在根據(jù)本發(fā)明的三個步驟的連續(xù)工藝中，步驟1中獲得的細(xì)胞相可通過螺旋輸送器輸送離開兩相離心分離器。來自步驟3的包含細(xì)胞部分的生物有機相也可輸送離開三相離心分離器，但是可選地，步驟1和步驟3可具有使細(xì)胞相和生物有機相離開分離器的不同方式，或者出口可為不同于螺旋輸送器的某物。在根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)工藝中，液相和/或包含細(xì)胞部分的生物有機相可進一步加工以獲得纖維素和/或淀粉，其可進一步加工以獲得甲醇、乙醇、甲醇衍生物或者乙醇衍生物。這些進一步加工的產(chǎn)品可構(gòu)成從分離出的油中生產(chǎn)生物柴油或者生物燃料的基礎(chǔ)。油可通過諸如甲醇、乙醇、乙酸乙酯的溶劑或者任意其它合適的溶劑來提取。本發(fā)明的連續(xù)工藝可用于生物柴油或者生物燃料的生產(chǎn)。通過對分離器的不同實施例的描述并且參考附圖，更確切地描述根據(jù)本發(fā)明的工藝可利用的三相或兩相的離心分離器。


圖1公開了根據(jù)一實施例的離心分離器的詳細(xì)視圖。圖2公開了根據(jù)另一實施例的離心分離器的詳細(xì)視圖。圖3公開了根據(jù)又一實施例的離心分離器的詳細(xì)視圖。
具體實施例方式圖1公開了離心分離器的實例，其包括轉(zhuǎn)子主體1和螺旋輸送器2，該轉(zhuǎn)子主體1 能夠繞豎直旋轉(zhuǎn)軸線R以一定速度旋轉(zhuǎn)，該螺旋輸送器2布置在轉(zhuǎn)子主體1內(nèi)并且能夠繞同樣的旋轉(zhuǎn)軸線R但以與轉(zhuǎn)子主體1的旋轉(zhuǎn)速度不同的速度旋轉(zhuǎn)。離心分離器意圖以由WO 99/65610指示的方式豎直地懸掛。用于懸掛并且驅(qū)動離心分離器所必需的設(shè)備因此沒有在此處描述。轉(zhuǎn)子主體1具有包括或者連接到中空轉(zhuǎn)子軸4的基本上柱形的上轉(zhuǎn)子部分3，和基本上錐形的下轉(zhuǎn)子部分5。轉(zhuǎn)子部分3和5通過螺釘6彼此連接并且限定了分離腔7?？蛇x的連接機構(gòu)當(dāng)然也可利用。又一個中空軸8經(jīng)由轉(zhuǎn)子軸的內(nèi)部延伸進入轉(zhuǎn)子主體1內(nèi)。軸8承載螺旋輸送器 2并且它們通過螺釘9彼此連接。中空軸8傳動地連接到螺旋輸送器2并且在下文中稱作輸送器軸。如圖1所示，螺旋輸送器2包括中央芯部10、套筒狀成形件11、多個翼狀件15和至少一個輸送螺紋16，其中，中央芯部10通過整個的下轉(zhuǎn)子部分軸向地延伸，套筒狀成形件11包括圍繞旋轉(zhuǎn)軸線R分布并且從螺旋輸送器2的上部軸向地延伸至螺旋輸送器2的錐形部分的多個孔洞12，翼狀件15圍繞旋轉(zhuǎn)軸線R分布并且將芯部10連接到離螺旋輸送器2的套筒狀成形件11內(nèi)的旋轉(zhuǎn)軸線R—定徑向距離的中央套筒13，該中央套筒13變成錐形部分和下支持板14，輸送螺紋16以類似螺旋的方式沿著轉(zhuǎn)子主體1的整個內(nèi)部從轉(zhuǎn)子主體的上端延伸到轉(zhuǎn)子主體的下端，并且自身連接到套筒狀成形件11和芯部10。該至少一個輸送螺紋16當(dāng)然可由合適的數(shù)量的輸送螺紋補充，例如，兩個、三個或者四個，其都以類似螺旋的方式沿著轉(zhuǎn)子主體1的內(nèi)部延伸。用于供給待在轉(zhuǎn)子主體1內(nèi)處理的液體混合物的進口管道17延伸通過輸送器軸 8并且繼續(xù)引導(dǎo)進入中央套筒13。進口管道17在所述翼狀件15之前軸向地排泄到在螺旋輸送器2中居中的空間。軸向地更接近于芯部10，芯部和下支持板14形成通道18，其構(gòu)成延伸通過進口管道17的進口通路的延續(xù)。通道18經(jīng)由翼狀件15之間的通路與轉(zhuǎn)子主體 1的內(nèi)部連通。以出口腔20的形式的空間形成在輸送器軸8與上錐形支持板19之間。用于排泄凈化液體的配水盤21布置在出口腔20內(nèi)。配水盤21穩(wěn)固地連接到進口管道17。用于凈化液體的出口通路22在圍繞進口管道17并且限定第二出口的出口管道內(nèi)延伸。用于分離的干相沈的居中地并且軸向地引導(dǎo)的出口 25布置在轉(zhuǎn)子主體1的下端并且限定第一出口。與用于干相沈的該出口 25相關(guān)，轉(zhuǎn)子主體1由用于截取離開出口 25 的干相26的設(shè)備27圍繞。干相沈在圖中以在輸送螺紋16的徑向外部處、在輸送螺紋16 的面向第一出口 25的側(cè)邊上的堆積物的形式公開。轉(zhuǎn)子主體1還包括截頂錐形分離盤觀的堆疊，其為表面放大的插入物的實例。它們與轉(zhuǎn)子主體1同軸地在它的柱形部分3中居中地安裝。錐形分離盤觀由延伸通過截頂錐形分離盤觀的堆疊的中央套筒13在上錐形支持板19與下錐形支持板14之間軸向地保持在一起，該錐形分離盤觀使它們的基礎(chǔ)端朝向用于分離的干相的出口 25遠離。分離盤 28包括孔，其當(dāng)分離盤觀安裝在離心分離器內(nèi)時形成用于軸向液體流的通路四。上錐形支持板19包括多個孔23，其將徑向地位于分離盤堆疊內(nèi)的空間M連接到出口腔20?？蛇x地，錐形分離盤觀可如此定向使得它們的基礎(chǔ)端面向用于分離的干相的出 Π 25。圖1中的相同的零件在圖2中具有對應(yīng)的參考標(biāo)記。圖2公開了離心分離器的另一實施例，其中，轉(zhuǎn)子主體1在它的上端包括至少一個出口 30，用于具有比被凈化并且通過所述配水盤21引導(dǎo)出的流體更高密度的流體，該至少一個出口 30限定第三出口。在該至少一個出口 30的區(qū)域，稍微在該出口下方，布置凸緣，其形成用于在轉(zhuǎn)子主體1內(nèi)的流向至少一個出口 30并且通過至少一個出口 30流出的流體的溢流出口 31。凸緣的溢流出口 31適合于將在轉(zhuǎn)子主體1內(nèi)的較高密度流體與較低密度流體之間的界面水平維持在徑向水平(水平未在附圖中公開)。該界面水平可在分離腔7內(nèi)通過選定在徑向方向的溢流出口 31的延伸而徑向地調(diào)節(jié)。根據(jù)圖2中公開的實施例，離心分離器包括設(shè)備32，其圍繞轉(zhuǎn)子主體1并且適合于截取通過至少一個出口 30離開轉(zhuǎn)子主體1的液體。圖2公開了作為打開出口的至少一個出口 30。可選地，該出口也可以以與在第二出口 22處相同的方式具有用于收集流體的空間和用于從該空間排泄流體的配水盤。替代圖2中公開的打開出口的這種可選出口在圖3中公開。圖2中相同的零件在圖3中具有對應(yīng)的參考標(biāo)記。 圖3相應(yīng)地公開了離心分離器的又一實施例，其具有用于相對較高密度流體的所述可選出口。為此目的，出口以與用于相對較低密度流體的第二出口 22相同的方式構(gòu)造。 因此用于較高密度流體的以出口腔20b形式的又一空間形成在輸送器軸8與用于較低密度流體(凈化液體)的出口腔20之間。用于較高密度流體的排泄的配水盤21b布置在出口腔20b內(nèi)，其中配水盤21b與用于流體的出口通路22b連通。用于較高密度流體的出口通路22b在圍繞出口管道和用于較低密度流體(凈化液體)的出口通路22的出口管道內(nèi)延伸。輸送器軸8包括數(shù)個孔31b，其連接徑向地位于分離盤堆疊外部的環(huán)形空間與用于較高密度流體的出口腔20b?？?1b適合于形成溢流出口，其對應(yīng)于在圖2中公開的用于在轉(zhuǎn)子主體1內(nèi)的流向用于較高密度流體的出口并且通過用于較高密度流體的出口流出的流體的出口，使得較高密度流體與較低密度流體之間的界面水平在轉(zhuǎn)子主體1內(nèi)維持在徑向水平(水平未在圖3中公開)。相對配水盤進行描述的出口使得用于較高密度流體的離心分離器的出口 22b能夠適合于與收集設(shè)備(諸如收集箱)連通，而不與環(huán)繞轉(zhuǎn)子主體以截取離開打開出口的液體的所述設(shè)備32(圖2中)連通，該收集設(shè)備可布置在距離心分離器 (未在圖3中公開)一定距離處并且在比離心分離器更高的水平上。流體因此從離心分離器中通過配水盤泵出至收集設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種用于從微生物漿液或者藻類漿液中離析油的連續(xù)工藝，包括通過對所述微生物的細(xì)胞壁或者所述藻類的細(xì)胞壁的破壞或者滲透而釋放油，在三相離心分離器中分離由釋放的油和破壞或者滲透的細(xì)胞組成的漿液，所述三相離心分離器具有分離盤堆疊，并且在至少4000G的力下、優(yōu)選地在至少4500G的力下、最優(yōu)選地在5000G的力下運行，從而獲得三相一種油相、一種液相和一種生物有機相，其中，排出的所述生物有機相具有至少30% 的干燥度、優(yōu)選地至少35%的干燥度、最優(yōu)選地至少50%的干燥度，并且其中，所述生物有機相包含細(xì)胞部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)工藝，其特征在于，所述生物有機相通過螺旋輸送器輸送離開所述三相分離器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連續(xù)工藝，其特征在于，一個配水盤剝?nèi)ニ鲇拖?，并且一個配水盤剝?nèi)ニ鲆合唷?br> 4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的連續(xù)工藝，其特征在于，所述油的釋放在所述三相離心分離器內(nèi)實現(xiàn)，或者在將所述漿液供入所述三相離心分離器之前在工藝步驟內(nèi)實現(xiàn)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的連續(xù)工藝，其特征在于，通過對所述微生物的細(xì)胞壁或者所述藻類的細(xì)胞壁的破壞或者滲透而釋放所述油通過在由聲處理、液體剪切破裂、珠磨、高壓壓榨、凍融、冰凍壓榨、酶解、水解和病毒降解組成的組內(nèi)的一種或多種方法實現(xiàn)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的連續(xù)工藝，其特征在于，所述工藝還包括將所述微生物漿液或者所述藻類漿液在所述三相離心分離器中分離之前在兩相分離器中濃縮， 所述兩相分離器具有分離盤堆疊并且在至少4000G的力下、優(yōu)選地在至少4500G的力下、最優(yōu)選地在5000G的力下運行。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的連續(xù)工藝，其特征在于，從所述兩相分離器中獲得細(xì)胞相，所述細(xì)胞相具有至少15%、優(yōu)選地至少18%、最優(yōu)選地至少20%的干燥度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的連續(xù)工藝，其特征在于，獲得的所述細(xì)胞相通過螺旋輸送器輸送離開所述兩相離心分離器。
9.一種用于從微生物漿液或者藻類漿液中離析油的連續(xù)工藝，包括以下三個步驟步驟1 將微生物漿液或者藻類漿液供入兩相離心分離器，所述兩相離心分離器具有分離盤堆疊，并且在至少4000G的力下、優(yōu)選地在至少4500G的力下、最優(yōu)選地在5000G的力下運行，從而獲得具有至少15%、優(yōu)選地至少18%、最優(yōu)選地至少20%的干燥度的細(xì)胞相；步驟2 利用在由聲處理、液體剪切破裂、珠磨、高壓壓榨、凍融、冰凍壓榨、酶解、水解和病毒降解組成的組內(nèi)的一種或多種方法，通過破壞或者滲透所述細(xì)胞相中的細(xì)胞的細(xì)胞壁釋放油；并且步驟3 將來自步驟2的漿液供入三相離心分離器，所述三相離心分離器具有分離盤堆疊，并且在至少4000G的力下、優(yōu)選地在至少4500G的力下、最優(yōu)選地在5000G的力下運行， 從而獲得三相一種油相、一種液相和一種包含細(xì)胞部分的生物有機相。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的連續(xù)工藝，其特征在于，在步驟1中獲得的所述細(xì)胞相通過螺旋輸送器輸送離開所述兩相離心分離器，并且/或者來自步驟3的包含細(xì)胞部分的所述生物有機相輸送離開所述三相離心分離器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的連續(xù)工藝，其特征在于，來自步驟3的排出的所述生物有機相具有至少30%的干燥度、優(yōu)選地至少35%的干燥度、最優(yōu)選地至少50%的干燥度， 并且所述生物有機相包含細(xì)胞部分。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的連續(xù)工藝，其特征在于，所述液相和/或包含所述細(xì)胞部分的所述生物有機相進一步加工以獲得纖維素和/或淀粉，其可進一步加工以獲得酒精，諸如甲醇或者乙醇，或者酒精衍生物。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12中的任一項所述的工藝的應(yīng)用，所述工藝用于制造生物柴油或者生物燃料。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于從微生物漿液或者藻類漿液中離析油的連續(xù)工藝，其包括將漿液供入三相離心分離器，從而獲得三相一種油相、一種液相和一種生物有機相，該三相離心分離器具有分離盤堆疊并且在至少4500G的力下、優(yōu)選地在至少5000G的力下運行。本發(fā)明還涉及該工藝用于制造生物柴油或者生物燃料的應(yīng)用。
文檔編號C11B1/02GK102317421SQ201080008805
公開日2012年1月11日 申請日期2010年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月17日
發(fā)明者C·瓦塞, R·里德斯特拉爾 申請人:阿爾法拉瓦爾股份有限公司