CN104449788A - 微藻水热液化制备微藻油的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微藻水热液化制备微藻油的方法，步骤包括：1）养殖并收集微藻，加入水热反应釜中，与去离子水混合形成固液比1～50g:100ml的微藻液；2）密封水热反应釜，并排净釜内空气，在搅拌下升温至180～450℃，保持10～180min；3）冷却，收集反应产物，用有机溶剂进行萃取和抽提，分离并过滤有机相，除去有机溶剂，得到微藻油。本发明以微藻为原料，采用温和可控的水热反应体系制备微藻油，不仅降低了反应体系的能耗和成本，而且提高了制备所得微藻油的热值和产率，使引起水体富营养化的藻类废弃物实现了资源化利用。
Description
技术领域
本发明涉及生物质能源技术领域，特别是涉及一种将微藻水热液化制备微藻油的方法。
背景技术
随着经济的发展和人民生活水平的提高，人类对能源的需求量日益增大，与此同时，以煤炭、石油为代表的化石燃料日益枯竭，而且化石燃料的大量使用势必带来诸如温室效应等环境问题，如何破解能源枯竭和环境污染瓶颈是摆在全人类面前的重大课题，以生物质能为代表的可再生能源因其环境友好且可再生的特点日益引起广泛关注。
生物质能作为一种清洁可再生能源，其利用过程能够实现碳的封闭循环，从而减少向大气排放CO2，有效地降低温室气体效应。目前生物质能源开发利用多集中在陆生生物质，主要是秸秆、木材类等木质纤维原料，反应过程多采用高温（>500℃）热解将生物质原料转化为液体燃料生物油。但是，木质生物质原料存在生长周期慢、占地大、生物量较低且受季节影响较大的缺点，而且热解过程要求有很高的温度且原料需提前干燥，所得的生物油含氧量高且性质不稳定。
微藻是一种水生植物，具有生长周期短、固碳效率高、繁殖能力强、易培养、耐受极端环境等方面的特性。微藻中含有丰富的碳水化合物、蛋白质、脂肪等，不含木质素，在较低温度下就能够实现热解，所得的微藻油在稳定性、热值等方面较以木质纤维原料制备的生物油更具优势。
公开号为CN1446883A的中国发明专利提出了一种快速热解微藻来制备生物燃料的方法，申请号为01136699.0的中国发明专利申请也以微藻为原料进行热解来制备油气燃料，这些专利均采用高温热解的转化方式，由于微藻的含水量均在90%以上，藻类在收集后均需进行干燥处理，将微藻制备为藻粉，因此能耗较大。申请号为200910054288.X的中国发明专利申请提出了一种微藻水热液化制备液体燃料的方法，但此方法需冲入高压N2，对设备要求较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种微藻水热液化制备微藻油的方法，它能耗低，对设备要求低，且制备得到的微藻油稳定性、热值和产率高。
为解决上述技术问题，本发明的微藻水热液化制备微藻油的方法，步骤包括：
1）养殖并收集微藻，加入水热反应釜中，与去离子水混合形成固液比1～50g:100ml的微藻液；
2）密封水热反应釜，并排净水热反应釜内的空气，然后在搅拌下升温至180～450℃，保持10～180min；
3）冷却水热反应釜，收集反应产物，并用有机溶剂进行萃取和抽提，然后分离并过滤有机相，除去有机溶剂，得到微藻油。
所述微藻为高含水率的海水或淡水微藻，包括小球藻、螺旋藻、蓝藻、盐藻、浒苔等。
步骤1），可以向反应体系内添加NaOH、KOH、K2CO3、Na2CO3中的一种或多种作为添加剂，添加剂的溶液质量百分比浓度为0～10.0%。
步骤3），用于萃取的有机溶剂可以使用二氯甲烷、氯仿、四氯化碳等有机溶剂中的一种或多种。
本发明以微藻为原料，采用温和可控的水热反应体系制备微藻油，与微藻油的现有制备方法相比，具有以下优点和有益效果：
1.原料无需干燥，微藻经简单浓缩收集后便可直接进行液化，且水热过程温度很低，因此能耗较小，所得微藻油热值和产率高。
2.可用作原料的微藻品种多，且微藻本身具有生长繁殖速度快、易于属地化、土地占用面积小等优点，可以充分利用池塘、沿海海域、滩涂、湿地等进行大规模的人工养殖，从而可以降低原料的成本。
3.可以有效处理引起水体富营养化的藻类污染物废弃物，实现其资源化利用。同时，微藻繁殖过程还能实现CO2的高效生物固定、化学转化和封闭碳循环。
4.反应所得液相产物、固体残渣和气相组分（主要是CO2）能实现循环并综合利用。其中，液相产物和气相组分可循环用于微藻培养，固相残渣富含C、N等元素可用于贫瘠土壤改良。
附图说明
图1是本发明的微藻水热液化制备微藻油的方法流程示意图。
具体实施方式
为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合附图，对本发明详述如下：
实施例1
以小球微藻为原料，取20g小球微藻和150ml蒸馏水装入300ml高压反应釜，搅拌制备成微藻浆液。将反应釜密封，用N2排净釜内的空气，打开加热开关，定搅拌速度200r/min，开始以大约4℃/min的速率升温至300℃，保持30min，立即关闭加热开关，冷却至室温，收集产生的气体，开釜取出反应混合物，利用CH2Cl2清洗反应釜内壁和搅拌器，并对混合物进行萃取。分离萃取液，用布氏漏斗过滤CH2Cl2相，再减压蒸馏回收CH2Cl2，得到微藻油。
微藻油的产率为23.00%，热值为35.81KJ/g。水溶相产物经一定处理后可循环再次用于微藻培养，剩余的固相藻渣经干燥后可用于土壤改良，水热液化过程中产生的气体中的CO2，可以循环用于微藻养殖。
实施例2
以小球微藻为原料，取20g小球微藻和200ml蒸馏水装入300ml高压反应釜，搅拌制备成微藻浆液。将反应釜密封，用N2排净釜内的空气，打开加热开关，定搅拌速度200r/min，开始以大约4℃/min的速率升温至320℃，保持30min，立即关闭加热开关，冷却至室温，收集产生的气体，开釜取出反应混合物，利用CH2Cl2清洗反应釜内壁和搅拌器，并对混合物进行萃取。分离萃取液，用布氏漏斗过滤CH2Cl2相，再减压蒸馏回收CH2Cl2，得到微藻油。
微藻油的产率为30.62%，热值为32.34KJ/g。水溶相产物经一定处理后可循环再次用于微藻培养，剩余的固相藻渣经干燥后可用于土壤改良，水热液化过程中产生的气体中的CO2，可以循环用于微藻养殖。
实施例3
以小球微藻为原料，取20g小球微藻和浓度为5.0%的200ml NaOH溶液装入300ml高压反应釜，搅拌制备成微藻浆液。将反应釜密封，用N2排净釜内的空气，打开加热开关，定搅拌速度200r/min，开始以大约4℃/min速率升温至300℃，保持30min，立即关闭加热开关，冷却至室温，收集产生的气体，开釜取出反应混合物，利用CH2Cl2清洗反应釜内壁和搅拌器，并对混合物进行萃取。分离萃取液，用布氏漏斗过滤CH2Cl2相，再减压蒸馏回收CH2Cl2，得到微藻油。
微藻油的产率为32.83%，热值为30.53KJ/g。水溶相产物经一定处理后可循环再次用于微藻培养，剩余的固相藻渣经干燥后可用于土壤改良，水热液化过程中产生的气体中的CO2，可以循环用于微藻养殖。
Claims (5)
1.微藻水热液化制备微藻油的方法，其特征在于，步骤包括：
1）养殖并收集微藻，加入水热反应釜中，与去离子水混合形成固液比1～50g:100ml的微藻液；
2）密封水热反应釜，并排净水热反应釜内的空气，然后在搅拌下升温至180～450℃，保持10～180min；
3）冷却水热反应釜，收集反应产物，并用有机溶剂进行萃取和抽提，然后分离并过滤有机相，除去有机溶剂，得到微藻油。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微藻为高含水率的海水或淡水微藻，包括小球藻、螺旋藻、蓝藻、盐藻、浒苔。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1），向反应体系内添加NaOH、KOH、K2CO3、Na2CO3中的一种或多种作为添加剂。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述添加剂的溶液质量百分比浓度为0～10.0%。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3），用于萃取的有机溶剂包括二氯甲烷、氯仿、四氯化碳中的一种或多种的混合溶液。
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