RU2819912C1 - Method for production of biodiesel fuel from microalgae chlorella kessleri - Google Patents
Method for production of biodiesel fuel from microalgae chlorella kessleri Download PDFInfo
- Publication number
- RU2819912C1 RU2819912C1 RU2023115627A RU2023115627A RU2819912C1 RU 2819912 C1 RU2819912 C1 RU 2819912C1 RU 2023115627 A RU2023115627 A RU 2023115627A RU 2023115627 A RU2023115627 A RU 2023115627A RU 2819912 C1 RU2819912 C1 RU 2819912C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- biomass
- ethanol
- biodiesel fuel
- mixture
- chlorella kessleri
- Prior art date
Links
- 239000003225 biodiesel Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 241000195646 Parachlorella kessleri Species 0.000 title claims abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 21
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000005809 transesterification reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract 2
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 19
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 abstract 1
- 238000005886 esterification reaction Methods 0.000 abstract 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 8
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 6
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 6
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 4
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 4
- IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N strontium oxide Chemical compound [O-2].[Sr+2] IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 101150076749 C10L gene Proteins 0.000 description 3
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 3
- DJHGAFSJWGLOIV-UHFFFAOYSA-K Arsenate3- Chemical class [O-][As]([O-])([O-])=O DJHGAFSJWGLOIV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 241001474374 Blennius Species 0.000 description 2
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WQDUMFSSJAZKTM-UHFFFAOYSA-N Sodium methoxide Chemical compound [Na+].[O-]C WQDUMFSSJAZKTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K aluminium phosphate Chemical class O1[Al]2OP1(=O)O2 ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 235000019387 fatty acid methyl ester Nutrition 0.000 description 2
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 2
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000497271 Chlorella variabilis Species 0.000 description 1
- 241000195628 Chlorophyta Species 0.000 description 1
- 241001478778 Cladophora Species 0.000 description 1
- 241000243190 Microsporidia Species 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007073 chemical hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007071 enzymatic hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N ethanol;hydrate Chemical compound O.CCO IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 1
- 235000021588 free fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011005 laboratory method Methods 0.000 description 1
- 239000010808 liquid waste Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 150000003904 phospholipids Chemical class 0.000 description 1
- 230000000243 photosynthetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 102200118166 rs16951438 Human genes 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 235000021122 unsaturated fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 150000004670 unsaturated fatty acids Chemical class 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к производству биодизельного топлива. Биодизельное топливо получают из биомассы микроводорослей рода Chlorella kessleri и используют метод прямой переэтерификации. Переэтерификацию проводят с помощью этанола и технической серной кислоты.The invention relates to the field of biotechnology, in particular to the production of biodiesel fuel. Biodiesel fuel is produced from the biomass of microalgae of the genus Chlorella kessleri and uses the direct transesterification method. Transesterification is carried out using ethanol and technical sulfuric acid.
Уровень техникиState of the art
Известен способ получения биотоплива (МПК C10L 1/00 (2006.01); C10G 1/00 (2006.01) RU 2701372 C1, опубл. 26.09.2019), заключающийся в том, что предварительно биомассу микроводорослей смешивают с водой в количестве 90,0-97,0 мас. % с поддержанием в процессе перемешивания жизнедеятельности фотосинтезирующих микроорганизмов, входящих в состав биомассы, посредством облучения светом с интенсивностью не менее 5 Вт/м2 в течение 3-10 мин, после чего полученную микробиологическую суспензию подвергают гидротермальному сжижению в присутствии катализатора для гидротермального сжижения, при этом гидротермальное сжижение осуществляют в блоке, состоящем из двух реакторов, работающих поочередно в режиме гидротермального сжижения и в режиме регенерации катализатора, причем микробиологическую суспензию загружают в первый реактор, предварительно нагретый до температуры 455-600°C, и гидротермальное сжижение суспензии ведут при давлении 10-30 МПа в течение 1-9 мин с образованием продукта сжижения, который выводят из реактора, охлаждают и подвергают сепарации с получением биотоплива, водной фазы, твердой фазы и газообразных продуктов, затем первый реактор переводят на режим регенерации катализатора, который ведут при температуре 455-600°C, а исходную микробиологическую суспензию направляют во второй реактор, работающий в режиме поддержания температуры, аналогичном режиму в первом реакторе, описанный цикл смены режимов работы реакторов повторяют, при этом охлаждение полученного продукта сжижения осуществляют путем теплообмена между продуктом сжижения и исходной микробиологической суспензией, полученные газообразные продукты направляют на нагрев реакторов, а в качестве катализатора используют катализатор для гидротермального сжижения биомассы растительного происхождения, содержащий оксид стронция, или оксид титана, или оксид олова, или их смесь, мелкодисперсный алюмосодержащий оксидный носитель, включающий фосфаты или арсенаты алюминия, при следующем соотношении компонентов, мас. %: оксид стронция, или оксид титана, или оксид олова, или их смесь - 1-50, мелкодисперсный алюмосодержащий оксидный носитель, включающий фосфаты или арсенаты алюминия, - остальное, до 100, во фторированной и/или сульфатированной форме. Выход полученного в таких условиях биотоплива составляет 44 масс. %, теплотворная способность биотоплива составляет 37 МДж/кг, содержание бензиновой фракции 42 масс. %, октановое число бензиновой фракции 82. Метан в газообразных продуктах не обнаружен.There is a known method for producing biofuel (IPC C10L 1/00 (2006.01); C10G 1/00 (2006.01) RU 2701372 C1, published 09.26.2019), which consists in pre-mixing microalgae biomass with water in an amount of 90.0-97 .0 wt. % while maintaining the vital activity of photosynthetic microorganisms included in the biomass during the mixing process by irradiating with light with an intensity of at least 5 W/m 2 for 3-10 minutes, after which the resulting microbiological suspension is subjected to hydrothermal liquefaction in the presence of a catalyst for hydrothermal liquefaction, at In this case, hydrothermal liquefaction is carried out in a block consisting of two reactors, operating alternately in the hydrothermal liquefaction mode and in the catalyst regeneration mode, and the microbiological suspension is loaded into the first reactor, preheated to a temperature of 455-600 ° C, and the hydrothermal liquefaction of the suspension is carried out at a pressure of 10 -30 MPa for 1-9 minutes with the formation of a liquefaction product, which is removed from the reactor, cooled and subjected to separation to produce biofuel, aqueous phase, solid phase and gaseous products, then the first reactor is transferred to the catalyst regeneration mode, which is carried out at a temperature of 455 -600°C, and the initial microbiological suspension is sent to the second reactor, operating in a temperature maintenance mode similar to the mode in the first reactor, the described cycle of changing reactor operating modes is repeated, and the resulting liquefaction product is cooled by heat exchange between the liquefaction product and the initial microbiological suspension , the resulting gaseous products are sent to heat the reactors, and as a catalyst, a catalyst is used for hydrothermal liquefaction of biomass of plant origin, containing strontium oxide, or titanium oxide, or tin oxide, or a mixture thereof, a finely dispersed aluminum-containing oxide carrier, including aluminum phosphates or arsenates, with the following ratio of components, wt. %: strontium oxide, or titanium oxide, or tin oxide, or a mixture thereof - 1-50, finely dispersed aluminum oxide carrier, including aluminum phosphates or arsenates - the rest, up to 100, in fluorinated and/or sulfated form. The yield of biofuel obtained under such conditions is 44 wt. %, the calorific value of biofuel is 37 MJ/kg, the content of the gasoline fraction is 42 wt. %, octane number of gasoline fraction 82. Methane was not detected in gaseous products.
Недостатком способа является затратный процесс получения, так как необходимо осуществлять множество сложных технологических операций с высокой температурой до 600°C и использовать дорогостоящий катализатор. Технология опасна и сложна в организации техники безопасности. The disadvantage of this method is the costly production process, since it is necessary to carry out many complex technological operations with high temperatures up to 600°C and use an expensive catalyst. The technology is dangerous and difficult to organize safety precautions.
Известен способ (МПК F23G 5/027 (2006.01), F23G 7/00 (2006.01) RU 2600950 C1, опубл. 27.10.2016) приготовления композитного минерально-органического биотоплива третьего поколения путем гомогенизации двухкомпонентной минерально-органической смеси за счет ультразвуковой кавитационной обработки биомассы микроводоросли, отличающийся тем, что в качестве органического компонента биотоплива используют конденсируемую часть газопаровой фракции продуктов быстрого пиролиза, молекулы которых содержат в сумме более 5 атомов углерода и кислорода, биомассы микроводорослей, причем конденсацию органического компонента осуществляют непрерывно в процессе гомогенизации двухкомпонентной смеси путем охлаждения при контакте с минеральным компонентом и ультразвуковой кавитационной обработки в потоке, заключенном в узкий канал, примыкающий к ультразвуковому излучателю, при этом размер поперечного сечения канала в направлении, перпендикулярном активным плоскостям излучателя, составляет от 2/4 до 3/4 от его размера в направлении, параллельном его активным плоскостям, тепловую энергию, выделяющуюся в результате охлаждения и конденсации газопаровой фракции, отбирают через теплопроводящие стенки резервуара с помощью внешнего потока теплоносителя. There is a known method (IPC F23G 5/027 (2006.01), F23G 7/00 (2006.01) RU 2600950 C1, published 10/27/2016) for preparing third-generation composite mineral-organic biofuel by homogenizing a two-component mineral-organic mixture due to ultrasonic cavitation treatment of biomass microalgae, characterized in that the condensed part of the gas-vapor fraction of fast pyrolysis products, the molecules of which contain in total more than 5 atoms of carbon and oxygen, microalgae biomass, is used as an organic component of biofuel, and the condensation of the organic component is carried out continuously during the homogenization of the two-component mixture by cooling upon contact with a mineral component and ultrasonic cavitation treatment in a flow enclosed in a narrow channel adjacent to the ultrasonic emitter, while the cross-sectional size of the channel in the direction perpendicular to the active planes of the emitter is from 2/4 to 3/4 of its size in the direction parallel to its active planes, the thermal energy released as a result of cooling and condensation of the gas-steam fraction is taken through the heat-conducting walls of the tank using an external coolant flow.
Недостатком указанного способа является дорогостоящий процесс ультразвуковой обработки. При быстром пиролизе скорость нагрева сырья очень высокая, что требует соблюдения мер предосторожности. Не приведён также состав образующейся газовой смеси. The disadvantage of this method is the expensive ultrasonic treatment process. With rapid pyrolysis, the heating rate of the raw material is very high, which requires precautions. The composition of the resulting gas mixture is also not given.
Известен способ (МПК C12P 7/64 (2006.01), C10L 1/02 (2006.01), RU 2 603 748 C2, опубл. 27.11.2016) производства пригодного для использования в двигателе сложного метилового эфира жирных кислот (СМЭЖК). Собирают тину морских микроводорослей, выбранных из группы, состоящей из Microspora sp., Cladophora sp. и культивированной Chlorella variabilis для получения биомассы водорослей. Сушат биомассу на солнце до остаточной влажности 5-10%. Обрабатывают биомассу струей пара или осмотическим шоком для разрушения клеточных стенок. Экстрагируют липиды из биомассы гексаном с получением сырого масла. Удаляют гексан и сырое масло фуллеровой землей. Либо по выбору, обрабатывают экстракт после разрушения клеточных стенок непосредственно фуллеровой землей для удаления фосфолипидов, пигментов и других примесей. Фильтруют, чтобы удалить суспендированные твердые вещества. Обрабатывают масло экстракта щелочным раствором для уменьшения содержание свободных жирных кислот. Проводят катализируемую щелочью переэтерификацию очищенного масла. Отделяют СМЭЖК и дополнительно очищают. Полученный СМЭЖК пригоден для использования в двигателе в качестве биодизеля. There is a known method (MPC C12P 7/64 (2006.01), C10L 1/02 (2006.01), RU 2 603 748 C2, published November 27, 2016) for the production of fatty acid methyl ester (FAME) suitable for use in an engine. Mud of marine microalgae selected from the group consisting of Microspora sp ., Cladophora sp. is collected. and cultivated Chlorella variabilis to produce algae biomass. The biomass is dried in the sun to a residual moisture content of 5-10%. The biomass is treated with a steam jet or osmotic shock to destroy the cell walls. Lipids are extracted from the biomass with hexane to obtain crude oil. Remove hexane and crude oil with fuller's earth. Or, optionally, the extract is treated directly with Fuller's earth after destruction of the cell walls to remove phospholipids, pigments and other impurities. Filter to remove suspended solids. Treat the extract oil with an alkaline solution to reduce the content of free fatty acids. Alkali-catalyzed transesterification of the purified oil is carried out. SMEZHK is separated and further purified. The resulting SMEZHK is suitable for use in an engine as a biodiesel.
Недостатком является неоднородный состав сырья, так как при сборе природных водорослей состав всегда будет меняться. Так же способ является дорогостоящим из-за множества технологических операций. Выход СМЭЖК по отношению к неочищенному маслу 71,25%, по отношению к сухой биомассе 7,92%.The disadvantage is the heterogeneous composition of the raw materials, since when collecting natural algae, the composition will always change. The method is also expensive due to many technological operations. The yield of SMEZHK in relation to crude oil is 71.25%, in relation to dry biomass 7.92%.
Наиболее близким является способ (RU 2404229 C1 МПК C10L 1/08(2006.01), опубл. 2010.11.20). Способ получения биодизельного топлива, включающий предварительную обработку растительного материала с получением липидов, трансэстерификацию полученных липидов и отделение получившегося биодизельного топлива, отличающийся тем, что в качестве растительного материала используют морские водоросли, предварительная обработка которых включает сбор водорослей, высушивание их на воздухе, измельчение и приготовление биомассы, которую подвергают химическому и ферментативному гидролизу для инициирования распада биомассы, затем фильтруют с отделением твердой фазы, сушат и получают из нее липиды, причем трансэстерификацию полученных липидов проводят обезвоженным раствором метилата калия или натрия в метаноле и получается биодизель, пригодный для использования в зимних условиях. Биодизель получается с выходом 65-70%, а глицерин 30-35%. Биодизель, полученный из липидов водорослей, содержащих 25% ненасыщенных жирных кислот, пригоден для эксплуатации автотранспорта в зимних условиях. The closest is the method (RU 2404229 C1 IPC C10L 1/08(2006.01), publ. 2010.11.20). A method for producing biodiesel fuel, including pre-processing of plant material to produce lipids, transesterification of the resulting lipids and separation of the resulting biodiesel fuel, characterized in that seaweed is used as plant material, the pre-processing of which includes collecting the seaweed, drying it in air, grinding and cooking biomass, which is subjected to chemical and enzymatic hydrolysis to initiate the decomposition of the biomass, then filtered to separate the solid phase, dried and lipids are obtained from it, and transesterification of the resulting lipids is carried out with a dehydrated solution of potassium or sodium methylate in methanol and biodiesel is obtained, suitable for use in winter conditions . Biodiesel is obtained with a yield of 65-70%, and glycerin 30-35%. Biodiesel obtained from algae lipids containing 25% unsaturated fatty acids is suitable for operating vehicles in winter conditions.
Недостатком способа является то, что не указан способ сбора водорослей. Указанный способ сушки на открытом воздухе, требует благоприятных климатических условий и отличается большими трудозатратами. Для получения биодизеля используют токсичный органический растворитель метанол. The disadvantage of this method is that the method of collecting algae is not specified. This method of drying in the open air requires favorable climatic conditions and is labor intensive. To produce biodiesel, the toxic organic solvent methanol is used.
Техническая проблемаTechnical problem
Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является получение биодизельного топлива с высоким процентом выхода из культивированной биомассы микроводорослей.The technical problem to be solved by the proposed invention is the production of biodiesel fuel with a high percentage of yield from cultivated microalgae biomass.
Технический результат достигается за счёт смешивания исходного сырья, биомассы, выращенной на сточных водах, после обезвоживания и центрифугирования с этанолом в присутствии технической серной кислоты, таким образом, отпадает необходимость сначала выделять и очищать липиды перед превращением их в биодизельное топливо, что обеспечивает повышенный выход биодизельного топлива из культивированной биомассы микроводорослей.The technical result is achieved by mixing feedstock, biomass grown on wastewater, after dehydration and centrifugation with ethanol in the presence of technical sulfuric acid, thus eliminating the need to first isolate and purify lipids before converting them into biodiesel, which provides increased biodiesel yield from cultivated microalgae biomass.
Краткое описание иллюстрацийBrief description of illustrations
На прилагаемых к описанию фигурах дано:The figures attached to the description show:
Фиг. 1 - Схема получения биодизеля, где 1 - фотобиореактор, 2 - осаждение биомассы центрифугированием, 3 - серная кислота, 4 - этиловый спирт, 5 - биомасса, 6 - отгонка азеотропной смеси этанола с водой, 7 - биодизельное топливо.Fig. 1 - Scheme for producing biodiesel, where 1 - photobioreactor, 2 - sedimentation of biomass by centrifugation, 3 - sulfuric acid, 4 - ethyl alcohol, 5 - biomass, 6 - distillation of an azeotropic mixture of ethanol with water, 7 - biodiesel fuel.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
В качестве растительного материала использовали штамм одноклеточной зеленой водоросли Chlorella kessleri ВКПМ AI-11 ARW. Микроводоросли выращивали в фотобиореакторах объёмом 50 л. Для снижения затрат на процесс выращивания биомассы, предложено проводить культивирование с добавлением жидких отходов пивоваренного производства (сточные воды после флотационной обработки). Культивирование микроводорослей осуществляли при постоянной температуре воды (28±2°С), барботацией атмосферным воздухом (1,5 л/мин) и непрерывном освещении лампами дневного света (ЛДС) при интенсивности 135 мкмоль фотонов м-2⋅с-1. Суспензия микроводорослей в процентном соотношении содержала 70% модифицированной питательной среды Хогланда, 30% добавки сточных вод. Биомассу осаждали с помощью напольной центрифуги Thermo scientific Sorvall RC 12BP+ (4600 об/мин, время осаждения 20 мин). Затем биомассу с остаточным содержанием влаги 10±15% использовали для получения биодизельного топлива. The single-celled green algae strain Chlorella kessleri VKPM AI-11 ARW was used as plant material. Microalgae were grown in photobioreactors with a volume of 50 L. To reduce the costs of the process of growing biomass, it is proposed to carry out cultivation with the addition of liquid waste from brewing production (wastewater after flotation treatment). Cultivation of microalgae was carried out at a constant water temperature (28±2°C), bubbling with atmospheric air (1.5 l/min) and continuous illumination with fluorescent lamps (LDL) at an intensity of 135 µmol photons m -2 ⋅s -1 . The microalgae suspension contained 70% Hoagland's modified nutrient medium and 30% wastewater additive. The biomass was sedimented using a Thermo scientific Sorvall RC 12BP+ floor-standing centrifuge (4600 rpm, sedimentation time 20 min). The biomass with a residual moisture content of 10±15% was then used to produce biodiesel.
Для получения биодизельного топлива используют метод прямой переэтерификации. Переэтерификацию проводят с помощью этанола и технической серной кислоты. Для данного метода кипятят смесь технического этанола, обезвоженной биомассы микроводорослей и технической серной кислоты в течение 2 часов.To obtain biodiesel fuel, the method of direct transesterification is used. Transesterification is carried out using ethanol and technical sulfuric acid. For this method, a mixture of technical ethanol, dehydrated microalgae biomass and technical sulfuric acid is boiled for 2 hours.
Далее из смеси при температуре 78±1°С отгоняют азеотроп этанола с водой, а остаток подают на верхнюю горловину флорентийской склянки. Для промывки смеси на дно склянки подают водопроводную воду. Next, the ethanol-water azeotrope is distilled off from the mixture at a temperature of 78±1°C, and the residue is fed to the upper neck of the Florentine flask. To rinse the mixture, tap water is supplied to the bottom of the bottle.
Затем верхний слой в склянке отбирают в отдельный флакон, после чего извлекают этилацетат при встряхивании. После разделения фаз верхний слой отделяют и из отделенного верхнего слоя удаляют этанол отгонкой под вакуумом. Получают образец биодизельного топлива.Then the top layer in the bottle is taken into a separate bottle, after which the ethyl acetate is removed by shaking. After phase separation, the upper layer is separated and ethanol is removed from the separated upper layer by distillation under vacuum. A sample of biodiesel fuel is obtained.
ПримерыExamples
Пример 1. Лабораторный способ получения биодизельного топлива из микроводоросли Chlorella kessleri Example 1. Laboratory method for producing biodiesel from microalgae Chlorella kessleri
Для данного метода в трехгорлую колбу вместимостью 1 дм3, шлиф Ш29, снабженную механической мешалкой (стекло, тефлон), термометром и обратным холодильником, загружали при перемешивании последовательно 700 мл технического этанола, 100 г биомассы C. kessleri и 40 мл (0,72 моль) технической серной кислоты. Не прекращая перемешивания, смесь доводили до слабого кипения на колбонагревателе и выдерживали при этих условиях в течение 2 часов.For this method, into a three-neck flask with a capacity of 1 dm 3 , polished joint Ш29, equipped with a mechanical stirrer (glass, Teflon), a thermometer and a reflux condenser, 700 ml of technical ethanol, 100 g of C. kessleri biomass and 40 ml (0.72 mol) technical sulfuric acid. Without stopping stirring, the mixture was brought to a low boil on a heating mantle and kept under these conditions for 2 hours.
Далее из смеси при температуре 78±1°С отгоняли 0,25-0,3 л азеотропа этанола с водой, а остаток при помощи двухканального перистальтического насоса со скоростью 1,2 мл/мин. подавали на верхнюю горловину флорентийской склянки вместимостью 250 мл. Одновременно для промывки смеси при помощи второго канала перистальтического насоса со скоростью 0,7 л/час на дно склянки подавали водопроводную воду. Next, 0.25-0.3 l of ethanol azeotrope with water was distilled from the mixture at a temperature of 78±1°C, and the remainder was distilled using a two-channel peristaltic pump at a speed of 1.2 ml/min. served on the top neck of a 250 ml Florentine flask. At the same time, to wash the mixture using the second channel of a peristaltic pump at a speed of 0.7 l/hour, tap water was supplied to the bottom of the flask.
Верхний слой в склянке отбирали в отдельный флакон, после чего извлекали 50 мл этилацетата при встряхивании. После разделения фаз верхний слой отделяли и удаляли растворитель отгонкой под вакуумом. Получали образец биодизеля (8-10 мл). Для получения 100 мл биодизеля данный процесс повторяли более 10 раз. The top layer in the flask was taken into a separate bottle, after which 50 ml of ethyl acetate was removed by shaking. After phase separation, the upper layer was separated and the solvent was removed by distillation under vacuum. A biodiesel sample (8-10 ml) was obtained. To obtain 100 ml of biodiesel, this process was repeated more than 10 times.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2819912C1 true RU2819912C1 (en) | 2024-05-28 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2404229C1 (en) * | 2009-02-24 | 2010-11-20 | Закрытое акционерное общество "РОСБИО" | Method of producing biodiesel fuel |
| US8137555B2 (en) * | 2010-04-06 | 2012-03-20 | Heliae Development, Llc | Methods of and systems for producing biofuels |
| EP2578689A4 (en) * | 2010-05-26 | 2014-05-14 | Jx Nippon Oil & Energy Corp | Method for producing biofuel |
| US9441252B2 (en) * | 2011-10-12 | 2016-09-13 | Indian Oil Corporation Ltd. | Process for producing lipids suitable for biofuels |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2404229C1 (en) * | 2009-02-24 | 2010-11-20 | Закрытое акционерное общество "РОСБИО" | Method of producing biodiesel fuel |
| US8137555B2 (en) * | 2010-04-06 | 2012-03-20 | Heliae Development, Llc | Methods of and systems for producing biofuels |
| EP2578689A4 (en) * | 2010-05-26 | 2014-05-14 | Jx Nippon Oil & Energy Corp | Method for producing biofuel |
| US9441252B2 (en) * | 2011-10-12 | 2016-09-13 | Indian Oil Corporation Ltd. | Process for producing lipids suitable for biofuels |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Baskar et al. | Advances in bio-oil extraction from nonedible oil seeds and algal biomass | |
| Pragya et al. | A review on harvesting, oil extraction and biofuels production technologies from microalgae | |
| US20130206571A1 (en) | Process for obtaining oils, lipids and lipid-derived materials from low cellulosic biomass materials | |
| US20080188676A1 (en) | Methods of robust and efficient conversion of cellular lipids to biofuels | |
| US8673028B2 (en) | Method of producing biodiesel from a wet biomass | |
| KR101264543B1 (en) | Extraction method of raw oil for biodiesel from microalgae and manufacturing method of biodiesel using extract oil of microalgae | |
| US10336965B2 (en) | Process for the extraction of lipids and sugars from algal biomass | |
| US20120036767A1 (en) | Continuous cultivation, harvesting, and extraction of photosynthetic cultures | |
| US20110287503A1 (en) | Methods for producing hydrocarbon products from algal biomass | |
| WO2020053118A1 (en) | Method for the extraction of bio-oil from algal biomass | |
| RU2819912C1 (en) | Method for production of biodiesel fuel from microalgae chlorella kessleri | |
| KR101317242B1 (en) | Method for producing lipid from microalgae for using membrane and producing biodiesel | |
| EP2224819B1 (en) | Method for preparing a fuel oil | |
| JP2011050279A (en) | Method for producing aliphatic compound | |
| CN104560633A (en) | Device and method for utilizing clean microalgal oil | |
| Devi et al. | Chlorella biomass as a potential source of algal oil: Investigations on optimization of ultrasonic assisted extraction, kinetics and characterization of algal oil | |
| Hinduja et al. | Microalgae as a source of sustainable energy resource for biofuels: a review | |
| US10934567B2 (en) | Method for manufacturing biofuel | |
| Pal et al. | Membrane‐Enabled Sustainable Biofuel Production | |
| KR102387853B1 (en) | Preparation method of biodiesel from wet microalgae | |
| WO2015044721A1 (en) | Microalgae biorefinery for biofuel and valuable products production | |
| RO130351B1 (en) | Process for preparing aviation biofuel from microalgal biomass | |
| GoudaNarayan et al. | Pyrolytic conversion of protein rich microalgae Arthrospira platensis to bio-oil | |
| Gupta et al. | Effect of silicon on growth and biodiesel production in fresh water diatoms | |
| RU2385900C1 (en) | Method of preparing liquid biofuel |