專利名稱：可流化的基于藻類的粉末狀燃料及其制造和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及源自藻類的固體粉末燃料以及制造這些燃料和使用燃料驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)的方法。2.相關(guān)技術(shù)隨著世界范圍對(duì)化石燃料需求的增加，同時(shí)現(xiàn)有資源以目前的消耗速度減少，用于產(chǎn)生能源的可再生資源日益重要。甘油三酯形成植物細(xì)胞的脂類能量?jī)?chǔ)藏并可通過溶劑萃取或更復(fù)雜的方法從植物生物質(zhì)中提取以產(chǎn)生油品。這些方法包括從生物質(zhì)中兩相提取油(見，例如，美國(guó)專利號(hào)6，166，231)和無(wú)溶劑萃取方法(見，例如，美國(guó)專利號(hào) 6，750, 048)。從這些方法中所得的油是甘油三酯和各種親脂色素如類胡蘿卜素和葉黃素的混合物。該油如果送入鍋爐或發(fā)動(dòng)機(jī)可直接用作燃料或者如果經(jīng)酯基轉(zhuǎn)移作用轉(zhuǎn)化為生物柴油可間接地用作燃料。通常當(dāng)它們經(jīng)酯基轉(zhuǎn)移作用轉(zhuǎn)化為生化柴油時(shí)，源自植物如大豆、蕓苔、向日葵、 金盞花和棕櫚的植物油可用作可再生能源。除了植物油外還可使用從微生物如藻類產(chǎn)生的油，或者從微生物如藻類產(chǎn)生的油可用作植物油的替代品。盡管來(lái)自植物的植物油可用于替代一些化石燃料，但是源自微生物如藻類的油品具有滿足更大部分全球能量需求的潛能。每年每英畝藻類可產(chǎn)生比陸地植物高10到250倍的油產(chǎn)量。例如，美國(guó)整個(gè)陸地的一半必須種植大豆以產(chǎn)生足夠的植物油，替代目前美國(guó)柴油消耗。相反，只需該面積的一部分就可培養(yǎng)足夠的藻類，產(chǎn)生足夠的油品，替代目前美國(guó)柴油消耗。目前，從植物和微生物中大規(guī)模生產(chǎn)油的系統(tǒng)的建立在經(jīng)濟(jì)上還不可行。增加油在植物和微生物中的積累速度、開發(fā)便宜的生長(zhǎng)系統(tǒng)和產(chǎn)生基本上純形式的油的困難已使從生物中制造的油比化石燃料更昂貴。簡(jiǎn)述本發(fā)明涉及可流化的基于藻類的粉末狀燃料以及制造和使用該燃料的方法。該燃料是通過將濕的藻類干燥和粉碎制造的顆粒。該燃料包括藻類的多細(xì)胞球形顆粒。顆粒的大小和形態(tài)可使燃料在氣流(例如，空氣)中流化。在一種實(shí)施方式中，流化的基于藻類的燃料可在燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒。基于藻類的燃料可用作推進(jìn)劑(例如，噴氣機(jī)燃料)或用于點(diǎn)燃輪機(jī)以發(fā)電。本發(fā)明的基于藻類的燃料避免了提取脂類所需的昂貴且耗能的方法，而改為利用藻類中的蛋白質(zhì)和碳水化合物作為熱量能量來(lái)源。根據(jù)本文描述方法制備的基于藻類的燃料的獨(dú)特性質(zhì)可使燃料流化并有效地燃燒，同時(shí)產(chǎn)生最少的燃燒殘余物。在一種實(shí)施方式中，用于制造可流化的基于藻類的粉末狀燃料的方法包括提供包括水和藻類的淤漿。在大于約70 °F的溫度下干燥淤漿，產(chǎn)生按重量計(jì)含水量在約3%到約 18%范圍的粉末狀組合物。接著粉碎粉末狀組合物,產(chǎn)生按體積計(jì)至少80%顆粒具有在約 I微米到約150微米范圍的顆粒大小的粉末狀燃料。干燥和粉碎產(chǎn)生了可流化的粉末狀燃料。在一種實(shí)施方式中，可流化的基于藻類的粉末狀燃料包括這樣的干燥粉末狀藻類含水量在約3%到約18%范圍和至少80被％顆粒的大小在約I微米到約150微米范圍。 顆粒形狀是球形的并由許多藻類細(xì)胞組成。在一種實(shí)施方式中，粉末狀燃料可具有小于約
I.4的豪斯納比率(Hausner ratio)?？赏ㄟ^干燥藻類的淤漿而不破壞藻類細(xì)胞壁并避免焦化細(xì)胞中的碳水化合物，提供小于I. 4的豪斯納比率。選擇合適的干燥條件可產(chǎn)生大致類似球體(即，球狀或大致球樣)的顆粒和/或在顆粒和/或細(xì)胞中具有脂類和碳水化合物的大致均勻混合物的顆粒。合適的干燥結(jié)合合適的顆粒大小可產(chǎn)生可在氣流中流化的粉末狀的基于藻類的燃料。本發(fā)明的粉末狀燃料可以以足夠的濃度夾帶在空氣中，用作燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料。本發(fā)明基于藻類的燃料的可流化特性不同于凍干的或“冷凍干燥的”藻類，后者不容易夾帶在氣體載體中，而是當(dāng)暴露于空氣流、天然氣流、丙烷流和/或氮?dú)饬鲿r(shí)結(jié)塊。在另一種實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及在燃?xì)鈩?dòng)力輪機(jī)中使用粉末狀基于藻類的燃料的方法。方法包括提供燃?xì)廨啓C(jī)和源自藻類的粉末狀燃料。粉末狀燃料在載氣流中流化和在燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒。燃?xì)廨啓C(jī)可配置為驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或可選地推進(jìn)飛行器。載氣流可以是空氣和/或甲烷。本發(fā)明粉末狀藻類基燃料令人吃驚地產(chǎn)生相對(duì)高的燃燒熱，即使在脂類濃度低的時(shí)候。該燃料對(duì)于它們?cè)谌細(xì)廨啓C(jī)中的使用尤其有利，因?yàn)槿紵罅粝律俚臍埩粑铩Ｈ紵景l(fā)明粉末狀燃料幾乎不產(chǎn)生或不產(chǎn)生煙灰或未燃燒的碳，這產(chǎn)生高燃燒熱和有效的能量輸出。基于藻類的燃料也是非磨損性的，其對(duì)輪機(jī)葉片產(chǎn)生低的磨損和破損。而且，整個(gè)藻類細(xì)胞的燃燒避免了提取脂部分的昂貴和復(fù)雜的過程。基于藻類的粉末狀燃料以足夠低的加工成本從給定量的藻類生物質(zhì)產(chǎn)生足夠的熱量輸出，以致在成本上可與傳統(tǒng)化石燃料競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)基于藻類的粉末狀燃料由具有負(fù)價(jià)值的廢藻類或有公害的藻類(即，需要處理成本或消除成本的藻類)制造時(shí)，這尤其明顯。因此，源于藻類的粉末狀燃料提供了與傳統(tǒng)化石燃料競(jìng)爭(zhēng)的潛在可行的可再生能源，其可引起碳排放減少和對(duì)環(huán)境的影響減小。通過使用來(lái)自燃燒煤的發(fā)電廠的二氧化碳排放物生長(zhǎng)用于制造本文描述的粉末狀燃料的藻類，可進(jìn)一步減少系統(tǒng)的碳洛(carbon footprint)。本發(fā)明的這些和其他目的以及特征從下面的描述和所附的權(quán)利要求將變得更加明了，或可通過如下文提出的本發(fā)明實(shí)施了解。附圖
簡(jiǎn)述為了進(jìn)一步闡明本發(fā)明上面和其他的優(yōu)點(diǎn)和特征，通過參考其圖解在附圖中的具體實(shí)施方式
進(jìn)行本發(fā)明的更具體描述。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，這些附圖僅僅描繪本發(fā)明圖解的實(shí)施方式并因此不應(yīng)被認(rèn)為限制它的范圍。通過使用附圖將更加具體和詳細(xì)地描述和解釋本發(fā)明，其中圖I是圖解用于制造可流化的基于藻類的粉末狀燃料的步驟的流程圖；圖2是干燥器的示意圖；圖3是顯示在燃?xì)廨啓C(jī)中使用流化粉末狀燃料的步驟的流程圖；圖4是輪機(jī)的示意圖；圖5是根據(jù)實(shí)施例I制造的粉末狀燃料的顯微照片；和圖6是使用凍干法產(chǎn)生的粉末狀藻類的顯微照片，并提供用于和圖5比較。詳述
I.定義本發(fā)明涉及粉末狀的源于藻類的燃料，其具有期望的性質(zhì)，用于使燃料在任何載氣流如空氣中流化。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本文描述的基于藻類的粉末狀燃料比通過傳統(tǒng)手段如通過凍干法制備的藻類粉末可具有更加規(guī)則和球形的顆粒。如本文所使用，“類似球體的”包括球形的、近似球形的、圓形的、近似圓形的、圓的、球形狀的、團(tuán)狀的、球狀的、圓球狀的和/或類似形狀。通過直徑測(cè)量完美球形顆粒的顆粒大小。盡管本發(fā)明燃料的藻類顆?？梢允谴笾虑蛐蔚模窃擃w粒沒有必要形成完美的球體。因此，應(yīng)當(dāng)根據(jù)用于測(cè)定圓形物或其他顯示類似球體形狀的非球形材料的顆粒大小的接受方法，確定“顆粒大小”。樣品中顆粒的大小可通過肉眼估計(jì)或通過使用一套篩測(cè)定。顆粒大小可通過光學(xué)或電子顯微鏡分析，單個(gè)地測(cè)定。還可通過以本領(lǐng)域慣常方式的激光衍射(XRD)，測(cè)定或估計(jì)顆粒大小分布(PSD)。在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明粉末狀燃料具有期望的流動(dòng)性性質(zhì)?？砂凑蘸浪辜{比率描述固體的流動(dòng)性，其根據(jù)式(I)定義H= P T/ P B 式(I)其中p B是粉末的自由堆積密度，和P T是粉末的拍實(shí)堆積密度。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉用于計(jì)算粉末狀材料豪斯納比率的儀器和技術(shù)。 除非另外指出，百分?jǐn)?shù)應(yīng)當(dāng)理解為重量百分?jǐn)?shù)。II.用于制造可流化的基于藻類的粉末的方法圖I圖解了用于制造可流化的基于藻類的粉末狀燃料的示例性方法100的流程圖。在步驟110中提供包括藻類的淤漿。在步驟120中干燥所述淤漿，產(chǎn)生粉末狀組合物。 在步驟130中粉碎粉末狀組合物，產(chǎn)生可流化的粉末狀燃料。可以以藻類和水的淤漿提供藻類。盡管可提供更高或更低水含量的淤漿，但是淤漿可包括大于20%的水，并且通常包括約20wt%到約30wt%的水。在一些實(shí)施方式中，提供具有相對(duì)低鹽濃度的淤漿可能是有好處的。從來(lái)自淡水湖和淡水河的藻類制備的淤漿通常具有低鹽濃度。盡管前述，但是可使用具有高鹽濃度的淤漿和/或可任選地處理以除去所有或部分的鹽。在一種實(shí)施方式中，淤漿的液體成分可具有小于40%。(ppt),優(yōu)選地小于20ppt,甚至更優(yōu)選地小于約Ippt,和最優(yōu)選地小于約 0. 5ppt的鹽濃度。使鹽濃度最小化可促進(jìn)淤漿的合適干燥,產(chǎn)生可流化的粉末和/或使粉末狀燃料燃燒之后存在的殘留物質(zhì)最少。選擇藻類類型，以便它能夠產(chǎn)生多細(xì)胞藻類顆粒，所述顆粒具有便于流化的期望大小和形態(tài)和便于燃燒的期望組成。在一種實(shí)施方式中，組成多細(xì)胞顆粒的各個(gè)藻類細(xì)胞可以從數(shù)微米的直徑到幾十微米的直徑。藻類細(xì)胞可包括脂類(例如，脂肪酸)、碳水化合物(例如，糖)和/或蛋白質(zhì)。在一種實(shí)施方式中，藻類的脂含量可在lwt%到約55 〖％的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在約I. 5wt*%到約40wt*%和最優(yōu)選地約2wt*%到約30wt*%的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，可期望使用脂含量在lwt%到約10wt%的藻類。藻類可以是天然存在的藻類、栽培的藻類和/或生物工程藻類。使用天然存在的藻類可具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗軌蚝妥匀画h(huán)境中的其他藻類和生物競(jìng)爭(zhēng)，從而避免污染。但是，在栽培或工程學(xué)產(chǎn)生具有期望性質(zhì)(例如，期望的脂類或碳水化合物組成)的藻類的情況下，栽培的藻類和/或生物工程藻類可具有優(yōu)勢(shì)?？稍诒景l(fā)明的一些或所有方法中使用的合適的藻類菌株包括但不限于藍(lán)綠藻，包括食物級(jí)藻類、芥藍(lán)(camelina)、布朗葡萄藻 (Botryococcus braunii)、杜氏藻(Dunaliella tertiolecta)、微綠球藻(Nannochloris)、 綠藻(Chlorophyceae)和小球藻(Chlorella)。藻類淤漿通常提供為含水淤漿。用水制備淤漿通常是方便的，因?yàn)榇蟛糠衷孱愖匀坏厣谒?。但是可單?dú)或與水結(jié)合地使用其他溶劑，形成淤漿。可按提供的使用淤漿，或在干燥之前進(jìn)行濃縮。干燥之前濃縮藻類的合適步驟包括，但不限于，擠壓或機(jī)械篩分。在步驟120中，干燥淤漿以產(chǎn)生粉末組合物。進(jìn)行干燥以產(chǎn)生含水量在約3wt%到約18wt%、優(yōu)選地約4wt%到約12wt%、甚至更優(yōu)選地約5 丨％到約10 丨％范圍的粉末組合物。在形成多細(xì)胞類似球體的顆粒的干燥溫度和速度下進(jìn)行干燥。一般地，可在室溫或高于室溫并在藻類中存在的碳水化合物的開始焦化溫度以下的溫度下進(jìn)行干燥。在一種實(shí)施方式中，溫度可為大于約70 °F、大于約80 °F、或大于約90 °F并小于160 °F、小于145 °F、小于135 °F或小于125 °F。在一些實(shí)施方式中，干燥溫度可在約70 °F到約145 °F范圍內(nèi)、優(yōu)選地在約80 °F到約135 °F范圍內(nèi)。盡管用于干燥藻類的空氣溫度可在前述范圍內(nèi)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到由于從細(xì)胞轉(zhuǎn)移熱，藻類的內(nèi)部溫度可小于干燥溫度。干燥的持續(xù)時(shí)間通常取決于壓力以及環(huán)境濕度和干燥類型。干燥可進(jìn)行至少30 秒、至少I分鐘、至少30分鐘、至少I小時(shí)、或更長(zhǎng)。干燥持續(xù)時(shí)間可小于I天、優(yōu)選地小于 I小時(shí)、更優(yōu)選地小于30分鐘、和最優(yōu)選地小于10分鐘。只要可在期望時(shí)間和溫度參數(shù)內(nèi)進(jìn)行干燥，可使用任何設(shè)備干燥藻類。干燥步驟可包括在周圍空氣中和/或在直射日光下干燥。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在噴霧干燥器和/ 或轉(zhuǎn)鼓式干燥器中干燥藻類。在一些實(shí)施方式中，熱源如燃燒燃料或加熱元件用于施加熱， 以提高干燥溫度和加速干燥速度。圖2圖解干燥器系統(tǒng)200。干燥器系統(tǒng)200包括可根據(jù)本文描述的方法用于干燥藻類淤漿的示例噴霧干燥器。圖2顯示進(jìn)行干燥的干燥室202 ;用于從負(fù)載水分的空氣中分離藻類顆粒的旋風(fēng)分離器204和用于從終產(chǎn)物中分離空氣的裝袋旋風(fēng)器(bagging cyclone)。淤漿進(jìn)料208可通過噴霧器210引入室202并使用注入噴霧進(jìn)料中的熱空氣噴霧。從室202中提取干燥的產(chǎn)物并輸送到裝袋旋風(fēng)器206。輸送潮濕空氣到旋風(fēng)分離器204 以從潮濕空氣中分離藻類顆粒。從系統(tǒng)200中排出潮濕空氣，在旋風(fēng)器204中回收的產(chǎn)物可輸送到裝袋旋風(fēng)器206。來(lái)自裝袋旋風(fēng)器206的空氣流被輸送到旋風(fēng)分離器204，用于另外的分離。收集在系統(tǒng)200中產(chǎn)生的粉末組合物并排出，以輸送到粉碎裝置。盡管圖2圖解了特定的噴霧干燥系統(tǒng)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到其他噴霧干燥器和其他類型干燥器可用于獲得期望的含水量。從干燥產(chǎn)生的粉末組合物通常是具有期望的水含量但是通常包括具有大于期望顆粒大小的多細(xì)胞顆粒的中間組合物。令人吃驚地，可粉碎顆粒以產(chǎn)生大小減小的顆粒，但不破壞類球體形狀和光滑的顆粒表面。只要細(xì)胞不破裂，可在任何適合減小多細(xì)胞藻類顆粒的顆粒大小的設(shè)備中進(jìn)行粉碎。合適粉碎裝置的例子包括，但不限于高剪切研磨機(jī)、錘磨機(jī)、研缽和杵、攪拌機(jī)、磨坊、水輪研磨機(jī)、渦輪粉碎機(jī)、銷棒粉碎機(jī)、或其組合?？蛇M(jìn)行粉碎以獲得平均直徑在約I微米到約150微米范圍內(nèi)的顆粒。在一種實(shí)施方式中按重量計(jì)至少約70%、80%、90%或95%的顆粒具有在約I微米到約150微米、更優(yōu)選地約20微米到約10微米、甚至更優(yōu)選地約30微米到約80微米范圍的顆粒大小。在一種實(shí)施方式中顆粒分布的dlO至少約I微米、5微米、10微米或20微米和顆粒分布的d90小于約150微米、120微米、90微米、或70微米。中值顆粒大小可在約5微米到約100微米、 約10微米到約90微米、或約20微米到約80微米的范圍內(nèi)。進(jìn)行干燥和粉碎以產(chǎn)生可流化的粉末狀燃料。可通過選擇如上述的干燥溫度、干燥速度、含水量和藻類組成實(shí)現(xiàn)流化。在一種實(shí)施方式中，干燥溫度和速度以及含水量使細(xì)胞的細(xì)胞器裂開但不破壞藻類的細(xì)胞壁。本發(fā)明的方法可使脂類均勻分散在整個(gè)顆粒和/ 或各個(gè)細(xì)胞中，當(dāng)夾帶在載氣中并燃燒時(shí)這可引起碳水化合物和蛋白質(zhì)更完全燃燒。最終的粉末狀燃料可被密封以確保隨著時(shí)間含水量保持不變或者粉末狀燃料在干燥之后不久(例如，數(shù)天或數(shù)小時(shí)內(nèi))燃燒，以避免因?yàn)閺闹車諝馕赵斐珊扛淖?。在一種實(shí)施方式中，燃料可包括防結(jié)塊劑以減少結(jié)塊并確保材料的完全燃燒。III.基于藻類的粉末狀燃料本發(fā)明還包括基于藻類的粉末狀燃料。粉末狀燃料包括粉末狀藻類，所述粉末狀藻類按重量計(jì)包括至少約80%顆粒在約I微米到約150微米的大小范圍且具有在約3%到約18%范圍的含水量，其中大部分顆粒是多細(xì)胞的和類似球體的。顆粒的顆粒大小、組成、 形態(tài)、和含水量可使顆粒具有在氣流中可流化的性質(zhì)。在一種實(shí)施方式中，可流化的基于藻類的粉末狀燃料具有小于約I. 4和優(yōu)選地在約I. 25到約I. 4范圍內(nèi)的豪斯納比率?？闪骰幕谠孱惖姆勰钊剂峡删哂泻蜕鲜鼍透稍锖头鬯椴襟E描述的那些類似的含水量和/或顆粒大小。具體地，可流化的基于藻類的粉末狀燃料可具有在約3wt%到約18wt%、優(yōu)選地約4wt%到約12wt%、甚至更優(yōu)選地約5wt%到約10wt%范圍內(nèi)的含水量。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，含水量不小于lwt%,優(yōu)選地不小于2wt%,以避免破壞多細(xì)胞顆粒的結(jié)構(gòu)。在一種實(shí)施方式中，含水量的最高范圍不超過18wt%,更具體15 1:%和甚至更具體地12wt%，以避免可導(dǎo)致粉末不良流化的顆粒過度凝結(jié)和/或聚集。顆粒往往具有顆粒大小分布。在一種實(shí)施方式中，粉末狀燃料包括下面的顆粒分布其中按重量計(jì)至少約70%、80%、90%或95%的顆粒具有在約I微米到約150微米、更優(yōu)選地約20微米到約10微米、甚至更優(yōu)選地約30微米到約80微米范圍的顆粒大小。在一種實(shí)施方式中顆粒分布的dlO至少約I微米、5微米、10微米或20微米和顆粒分布的d90 小于約150微米、120微米、90微米、或70微米。中值顆粒大小可在約5微米到約100微米、 約10微米到約90微米、或約20微米到約80微米的范圍內(nèi)。可流化的基于藻類的粉末狀燃料的顆?？芍饕赏暾脑孱惣?xì)胞組成并且基本上沒有細(xì)胞碎片或被破壞藻類細(xì)胞的其他殘留物。在一種實(shí)施方式中，在粉末狀燃料中按重量計(jì)至少約80%、優(yōu)選地至少約90%、更優(yōu)選地至少約95%和最優(yōu)選地至少約99%的藻類是全細(xì)胞?？闪骰幕谠孱惖姆勰钊剂峡删哂邢鄬?duì)高的燃燒熱。在一種實(shí)施方式中燃燒熱是至少20kJ/g,更優(yōu)選地至少約25kJ/g,和最優(yōu)選地至少約30kJ/g。在一種實(shí)施方式中， 粉末狀燃料可以是適合用于為飛行器提供動(dòng)力的噴氣機(jī)燃料。如噴氣機(jī)燃料一樣，使用本發(fā)明的粉末狀燃料作為噴氣機(jī)燃料的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不易凝膠化，所述凝膠化對(duì)于在高海拔冷空氣中飛行的噴氣機(jī)可造成問題。令人吃驚地，即使當(dāng)脂含量相對(duì)低(例如，小于5%或甚至小于2% )時(shí)，可流化的基于藻類的粉末狀燃料可具有相對(duì)高的燃燒熱。當(dāng)和其他類型的粉末狀藻類相比時(shí)，多細(xì)胞顆粒往往提供具有期望高表面積的均勻分布的脂類和/或碳水化合物，這可使碳水化合物、脂類和蛋白質(zhì)完全燃燒。當(dāng)和液體燃料相比時(shí)，可流化的基于藻類的粉末狀燃料也可以是相對(duì)輕的重量?？稍诿芊馊萜骰蚩刂茲穸鹊沫h(huán)境中保存粉末狀燃料，以保持期望的含水量，直到準(zhǔn)備使用燃料。IV.使用基于藻類的粉末狀燃料的方法本發(fā)明粉末狀燃料可用在燃?xì)鈩?dòng)力輪機(jī)中。圖3是圖解本發(fā)明粉末狀燃料在燃?xì)鈩?dòng)力輪機(jī)中使用的流程圖。方法300可包括步驟310，其包括提供燃?xì)鈩?dòng)力輪機(jī)。在步驟 320中，基于藻類的粉末狀燃料夾帶在使用流化器的空氣流中。在步驟330中，在燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒夾帶的燃料。本發(fā)明粉末狀燃料可在配置為接收粉末狀燃料的任何燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒。圖4圖解了適合在本文描述的方法中使用的燃?xì)廨啓C(jī)400的簡(jiǎn)化圖。輪機(jī)400包括具有風(fēng)機(jī)葉片404 的壓縮機(jī)部分402，其被配置為壓縮空氣并使壓縮空氣注入燃燒室406。渦輪部分408通過旋轉(zhuǎn)軸414和壓縮機(jī)部分402連接。渦輪部分408具有渦輪葉片410，其配置為當(dāng)在室406 中燃燒的氣體通過渦輪葉片410并從輪機(jī)400離開時(shí)驅(qū)動(dòng)渦輪408。燃燒室406還包括多個(gè)燃料注射器412 (412a和412b)，其配置為噴射夾帶的粉末狀燃料進(jìn)入燃燒室406中，在燃燒室406它與來(lái)自壓縮機(jī)部分402的壓縮空氣416結(jié)合并燃燒，產(chǎn)生熱并使氣體膨脹，從而迫使空氣418經(jīng)過渦輪葉片410，使渦輪部分408轉(zhuǎn)動(dòng)，其還使壓縮機(jī)部分402旋轉(zhuǎn)。離開渦輪部分408的熱空氣提供推動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)軸414機(jī)械連接的發(fā)電機(jī)。粉末狀燃料可使用點(diǎn)火源如丙烷和/或甲烷氣體點(diǎn)燃?？墒褂秒婞c(diǎn)火器、磁點(diǎn)火器或類似點(diǎn)火器引發(fā)點(diǎn)燃。為了使粉末狀燃料注入室406，將燃料夾帶在使用流化器的氣流中。流化器可包括機(jī)械流化器、噴嘴、泵和/或已知用于流化固體粉末的其他設(shè)備。注入粉末的流速可以是連續(xù)的、可變的和/或紊亂的。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉用于流化粉末的設(shè)備。在一種實(shí)施方式中，流化器可以是與以能夠使粉末狀燃料顆粒懸浮的流速提供空氣流的壓縮空氣源連接的管。載體可以是空氣和/或氣態(tài)燃料如甲烷。粉末狀燃料和氣態(tài)燃料的結(jié)合可促進(jìn)粉末狀燃料組分的完全燃燒。本發(fā)明粉末狀燃料可用在并入飛行器如噴氣機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)中。燃料的輕重量和完全燃燒對(duì)于用于噴氣飛行器可以是有好處的。在可選實(shí)施方式中，粉末狀燃料可用于發(fā)電系統(tǒng)。粉末狀燃料的燃燒用于驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)，其又驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)以產(chǎn)生電能。電能可被分配到電網(wǎng)，例如公共或私人電網(wǎng)。在一種實(shí)施方式中，可結(jié)合干燥藻類淤漿進(jìn)行發(fā)電以提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。在該實(shí)施方式中，來(lái)自粉末狀燃料燃燒的廢熱被輸送到干燥器(例如，干燥器200)并用于干燥藻類淤漿。使用本發(fā)明粉末狀燃料驅(qū)動(dòng)輪機(jī)可以是非常經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)樵谠孱愔写嬖诘乃杏袡C(jī)物幾乎完全被燃燒。和僅僅提取和處理藻類生物質(zhì)脂類部分的生物燃料方法相比，通過利用藻類中碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂類的熱值，本發(fā)明能夠以低得多的成本和高得多的效率產(chǎn)生綠色能量。
V.實(shí)施例下面的實(shí)施例說明制造抗菌劑涂布設(shè)備的方法和使用該設(shè)備的方法。實(shí)施例I實(shí)施例I教導(dǎo)了制造可流化的基于藻類的粉末狀燃料的方法。從淡水湖(Klamath Lake, Oregon, USA)收獲的藍(lán)綠藻，以冷凍的藻類淤漿2001b塊提供，具有20被％含水量。 該塊在29 °F下保存直到使用。在50 °F下在控制的大氣室中使冷凍塊解凍，直到水性成分
完全融化。接著在管道中輸送藻類淤漿到S/S(不銹鋼)30" BOWEN塔式噴霧干燥器的罐中。 噴霧干燥器預(yù)先加熱到106 T。接著在噴霧干燥器中以IOOOlb每小時(shí)的速度干燥藻類淤漿2分鐘，產(chǎn)生具有8%平均含水量的粉末狀組合物。粉末狀組合物的顆粒大小范圍約80 微米到300微米。通過螺旋運(yùn)輸器將粉末狀組合物直接進(jìn)料到最終研磨機(jī)中，以在Hammer Mill-10 (MillCo制造)中處理，產(chǎn)生具有50微米平均顆粒大小的粉末狀燃料。單次運(yùn)行產(chǎn)生大于IOOkg的燃料。輸送終產(chǎn)物到襯有塑料的箱中，以便運(yùn)輸。圖5是顯示根據(jù)實(shí)施例I制造的顆粒的顯微照片。圖6是顯示使用凍干法制備的對(duì)比粉末狀藻類的顯微照片。通過圖5和圖6的比較可見，根據(jù)本發(fā)明制造的粉末狀燃料 (即，圖5)具有形狀是球形且大致光滑表面的顆粒，而凍干的藻類顯示出不規(guī)則的形狀和破碎的細(xì)胞。當(dāng)放在水中時(shí)，在實(shí)施例I中產(chǎn)生的粉末顆粒緩慢吸水并最終脹開(即，顆粒是水可膨脹的和/或破裂的)。相反，在圖6中所示的對(duì)比凍干樣品的顆粒不膨脹和脹開， 從而說明當(dāng)和通過常規(guī)凍干法制備的顆粒比較時(shí)，在實(shí)施例I的顆粒中細(xì)胞構(gòu)造的不同。在不背離本發(fā)明精神或必要特征的情況下，可以以其他具體形式實(shí)施本發(fā)明。所描述的實(shí)施方式在各個(gè)方面應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是示意性的而不是限制性的。所以本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求而不是由前面的描述表示。所有在權(quán)利要求等同物的含義和范圍內(nèi)的改變都包括在它們的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.用于制造可流化的基于藻類的粉末狀燃料的方法，其包括提供包括水和藻類的淤漿；干燥所述淤漿，產(chǎn)生按重量計(jì)含水量在約3%到約18%范圍的粉末組合物，其中產(chǎn)生所述粉末組合物的所述干燥在大于70 °F的溫度下進(jìn)行；粉碎所述粉末組合物，產(chǎn)生按體積計(jì)至少80%顆粒具有在約I微米到約150微米范圍的顆粒大小的粉末狀燃料，其中所述干燥和粉碎產(chǎn)生可流化的粉末狀燃料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述藻類包括蛋白質(zhì)、碳水化合物和至少約lwt% 的脂類，并且其中所述干燥在低于所述碳水化合物的開始焦化溫度的溫度下進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述干燥的溫度在約80T到約140 ° 的范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述干燥產(chǎn)生含水量在約4wt%到約12wt%范圍的所述粉末狀組合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中中值顆粒大小在約20微米到約90微米范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中使用轉(zhuǎn)鼓式干燥器、噴霧干燥器、日光、或其組合進(jìn)行干燥。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中使用擠壓機(jī)或機(jī)械篩，降低所述淤漿的水含量。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中使用高剪切研磨機(jī)、錘磨機(jī)、研缽和杵、攪拌機(jī)、磨坊、水輪研磨機(jī)、渦輪粉碎機(jī)、銷棒粉碎機(jī)、或其組合，進(jìn)行所述粉碎。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中在所述干燥步驟期間，選擇所述干燥的溫度和速度，以產(chǎn)生大部分顆粒具有類似球形形態(tài)的粉末狀組合物。
10.粉末狀燃料，其根據(jù)權(quán)利要求I所述方法制造并具有在約I.25到約I. 4范圍的豪斯納比率。
11.可流化的基于藻類的粉末狀燃料，其包括粉末狀藻類，其包括按重量計(jì)至少約80%的大小在約I微米到約150微米范圍的顆粒， 并具有在約3%到約18%范圍的含水量，其中大部分所述顆粒是多細(xì)胞的和類似球體的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可流化的基于藻類的粉末狀燃料，其中所述粉末狀燃料具有在約I. 25到約I. 4范圍的豪斯納比率。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可流化的基于藻類的粉末狀燃料，其中中值顆粒大小在約 30微米到約90微米的范圍。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可流化的基于藻類的粉末狀燃料，其中所述含水量在約 4wt*%到約12wt*%的范圍。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可流化的基于藻類的粉末狀燃料，其中燃燒熱是至少 20kJ/g。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可流化的基于藻類的粉末狀燃料，進(jìn)一步包括防結(jié)塊劑。
17.使用可流化的基于藻類的燃料的方法，其包括提供燃?xì)廨啓C(jī)；提供源于藻類并配置為在載氣流中流化的粉末狀燃料；在所述載氣流中使粉末狀的基于藻類的燃料流化，并在所述燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒流化的燃料。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述燃?xì)廨啓C(jī)配置為驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述燃?xì)廨啓C(jī)配置為推進(jìn)飛行器。所述的方法，其中所述載氣流包括空氣、天然氣、或其組合。
全文摘要
基于藻類的粉末狀燃料配置為在氣流中流化。通過干燥藻類淤漿以產(chǎn)生粉末狀組合物并接著粉碎粉末狀組合物以產(chǎn)生燃料，制造基于藻類的粉末狀燃料。基于藻類的粉末狀燃料可在燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒以發(fā)電和/或推進(jìn)飛行器。
文檔編號(hào)C10L5/44GK102612550SQ201080027844
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日
發(fā)明者R·富爾頓三世 申請(qǐng)人:R·富爾頓三世