藻類水熱產乙酰胺的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種藻類水熱產乙酰胺的方法和裝置，通過兩步法反應：第一步，將不同藻類與氧化劑的水溶液加入到水熱反應器中，在反應溫度300℃，100%-160%供氧，反應60S-80S的條件下分別進行水熱氧化反應使其產生最大量的乙酸；第二步，繼第一步反應之后，往反應器中再通入氨氣，在溫度250-350℃，供氨比10-45%，反應時間5-15min的條件下進行反應，反應后的產物中主要為乙酰胺，通過分離純化制得乙酰胺。本發明將廢NH3可直接通入反應器中，既可以提供氨源，又能解決廢NH3污染問題。本發明需要大量的NH3，一旦實現工業化，既能解決NH3污染問題以及藻類處置問題，也能生產高價值的乙酰胺，滿足了環保和經濟的雙重要求，市場前景十分廣闊實現藻類的資源化。
【專利說明】藻類水熱產乙酰胺的方法和裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種水熱反應器中藻類物質在供氧及供氨的情況下發生反應，生成高 附加值產品-乙酰胺的方法和裝置。具體是在水熱反應條件下，分別加入氧化劑和氨水，將 藻類物質轉化為乙酰胺，通過控制反應條件可最終獲得高產率乙酰胺，屬環境工程技術領 域和廢物資源化【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 近幾十年來，世界各地頻繁發生的藻類爆發的水體富營養化事件，給人類健康和 水生生命帶來了巨大危害，從而造成了巨大的經濟損失。打撈是解決藻類爆發的主要手段， 而得到的藻泥的出路問題成為一個目前科學研究的焦點。另一方面，碳減排已越來越引起 全世界的關注，已有研究證明可以利用藻類生長吸收二氧化碳的方式減少大氣中二氧化碳 的濃度，由此產生的大量微藻的處置問題也是亟待解決的問題。
[0003] 迄今為止關于藻類資源化處理主要集中在以下幾方面：（1)生物柴油技術。微藻 產油具有很多其他優勢，諸如微藻生物柴油不含硫以及微藻生長繁殖較快、對環境要求低 等。微藻產生物柴油前景廣闊，同時也存在著亟待解決的問題：①高昂的生產成本。②高等 植物種子的油脂大都屬于中性脂，易于通過壓榨方式提取，且產物基本不存在極性脂及色 素。而微藻細胞小，難以采取常規壓榨方式。（2)厭氧發酵。微藻厭氧發酵研究主要集中在 產沼氣、產酸、產DNA以及氨基酸等。藻類發酵資源化的研究目前主要集中在處理湖泊富營 養化產生的藍藻等藻類問題上，通過發酵的方式解決富營養化問題，既可以解決打撈上的 大量藻類的處置問題又可以產生新的能源。然而，打撈后得到的藻體由于含水率特別高，不 適宜立刻進行發酵處置，還需要進行一定的干化處理，這樣會大大增加操作運行難度。（3) 制煤漿或焦炭技術。清潔煤技術很好的解決了傳統用煤的污染問題。已有研究使用煤-藻 混合漿代替水煤漿進行煤-藻混合漿的氣化的新型清潔煤技術，并發現穩定性更好。雖然 藻焦炭技術生成過程比較簡單，但是需要高的反應溫度，從而耗能大；此外藻焦炭屬于低端 產品，市場價格不會很高，生產投入與市場回報不成正比。（4)燃料電池技術。與現有的其 它利用有機物產能的技術相比，微生物燃料電池具一下優勢：①將底物直接轉化為電能， 保證了具有高的能量轉化效率；②在常溫環境條件下能夠有效運作；③產生的廢氣的主 要組分是二氧化碳，因此不需要進行廢氣處理。但是，藻類微生物燃料電池同時存在必須將 后續低濃度污水和藻體的處理。（5)水熱技術。水熱技術（Hydrothermal process)是利用 高溫水為反應媒介所有化學過程的統稱，在工程上和科學上越來越受到人們的關注。因為 高溫高壓水是一種清潔、安全和環境友好的反應媒介，具有無毒無害不造成二次污染等特 點，所以水熱技術是一種最有潛力的將生物質轉化為高附加值化學品和能源的環境友好技 術之一。藻類生物質的水熱處理技術是一種比較新穎的工藝，用藻類生物質生成化學品能 減少環境污染，符合低碳理念。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是在水熱條件下，分別加入雙氧水和氨水使藻類物質轉化成為含有 高濃度乙酰胺的產物，從而實現藻類的資源化利用。本發明工藝簡單，操作簡便，乙酰胺產 率較高。
[0005] 本發明提出的藻類水熱產乙酰胺的方法，通過兩步法反應：具體步驟如下： (1) ，將藻類與氧化劑的水溶液加入到水熱反應器中，在反應溫度300°C，100%_160%供 氧，反應60S-80S的條件下進行水熱氧化反應； (2) ，在步驟（1)反應之后，再通入氨氣，在溫度250-350°C，供氨比10-45%，反應時間 5-15min的條件下進行反應，反應后的產物中有大量的乙酰胺，然后通過分離純化，將乙酰 胺進行提純以應用于工業。
[0006] 本發明中，所選用的藻類為購買小球藻、太湖藍藻或自養小球藻等中任一種。
[0007] 本發明中，步驟（1)中所述100%供氧：將藻類完全轉化為二氧化碳和水理論所需 的耗氧量。
[0008] 本發明中，步驟（2)中所述100%供氨：將步驟（1)產物乙酸完全轉化為乙酰胺理 論所需的耗氨量。
[0009] 本發明中，步驟（1)所述氧化劑為雙氧水、空氣或氧氣中任一種。
[0010] 本發明中，步驟（2)中所述氨氣為直接提供氨水或氨氣。
[0011] 本發明中，選用的藻類不需要進行脫水等預處理，可直接進行反應。
[0012] 本發明中，步驟（2)中水熱反應后，反應溶液課題根據乙酰胺高沸點通過蒸餾分 離純化得到乙酰胺。
[0013] 本發明提出的一種藻類水熱產乙酰胺的方法使用的裝置，所述裝置由藻類原料罐 1、高壓泵2、能量交換器3、第一反應器4、第二反應器5、加熱器、氧化劑儲氣(液)罐8、氨水 或氨氣瓶9、氣液分離器11和蒸餾塔14組成，其中：藻類原料罐1的輸出端通過高壓泵2和 管道連接能量交換器3,能量交換器3通過管道連接第一反應器4輸入端，第一反應器4輸 出端連接第二反應器5輸入端，第二反應器5輸出端連接能量交換器3,能量交換器3通過 管道和第一控壓閥10連接氣液分離器11，氣液分離器11分別連接第二控壓閥12和第三控 壓閥13,第三控壓閥13通過管道連接蒸餾塔14 ;所述第一反應器4分別連接第二加熱器7 和氧化劑儲氣（液）罐8,所述第二反應器5分別連接第一加熱器6和氨水或氨氣瓶9。
[0014] 本發明中，第一反應器和第二反應器均為耐壓不銹鋼裝置。
[0015] 利用本發明方法得到乙酰胺的最大產率可達到9. 1%(乙酰胺的產率計算是以碳為 基準的)。
[0016]
【權利要求】
1. 藻類水熱產乙酰胺的方法，其特征是通過兩步法反應：具體步驟如下： (1) ，將藻類與氧化劑的水溶液加入到水熱反應器中，在反應溫度300°c，100%-160%供 氧，反應60S-80S的條件下進行水熱氧化反應； (2) ，在步驟（1)反應之后，再通入氨氣，在溫度250-350°C，供氨比10-45%，反應時間 5-15min的條件下進行反應，反應后的產物中有大量的乙酰胺，然后通過分離純化，將乙酰 胺進行提純以應用于工業。
2. 根據權利要求1所述的藻類水熱產乙酰胺的方法，其特征是：所選用的藻類為購買 小球藻、太湖藍藻或自養小球藻中任一種。
3. 根據權利要求1所述的藻類水熱產乙酰胺的方法，其特征是：步驟（1)中所述100% 供氧：將藻類完全轉化為二氧化碳和水理論所需的耗氧量。
4. 根據權利要求1所述的藻類水熱產乙酰胺的方法，其特征是：步驟（2)中所述100% 供氨：將步驟（1)產物乙酸完全轉化為乙酰胺理論所需的耗氨量。
5. 根據權利要求1所述的藻類水熱產乙酰胺的方法，其特征是：步驟（1)所述氧化劑 為雙氧水、空氣或氧氣中任一種。
6. 根據權利要求1所述的藻類水熱產乙酰胺的方法，其特征是：步驟（2)中所述氨氣 為直接提供氨水或氨氣。
7. 根據權利要求2所述的藻類水熱產乙酰胺的方法，其特征是：選用的藻類不需要進 行脫水預處理，可直接進行反應。
8. 根據權利要求1所述的藻類水熱產乙酰胺的方法，其特征是：步驟（2)中水熱反應 后，反應溶液課題根據乙酰胺高沸點通過蒸餾分離純化得到乙酰胺。
9. 一種如權利要求1所述的藻類水熱產乙酰胺的方法使用的裝置，其特征是所述裝置 由藻類原料罐（1)、高壓泵（2)、能量交換器（3)、第一反應器（4)、第二反應器（5)、加熱器、 氧化劑儲氣(液）罐（8)、氨水或氨氣瓶（9)、氣液分離器（11)和蒸餾塔（14)組成，其中：藻 類原料罐（1)的輸出端通過高壓泵（2)和管道連接能量交換器（3)，能量交換器（3)通過管 道連接第一反應器（4)輸入端，第一反應器（4)輸出端連接第二反應器（5)輸入端，第二反 應器（5)輸出端連接能量交換器（3)，能量交換器（3)通過管道和第一控壓閥（10)連接氣 液分離器（11)，氣液分離器（11)分別連接第二控壓閥（12)和第三控壓閥（13)，第三控壓 閥（13)通過管道連接蒸餾塔（14);所述第一反應器（4)分別連接第二加熱器（7)和氧化 齊?儲氣（液）罐（8)，所述第二反應器（5)分別連接第一加熱器（6)和氨水或氨氣瓶（9)。
10. 根據權利要求9所述的藻類水熱產乙酰胺的方法使用的裝置，其特征是：第一反應 器和第二反應器均為耐壓不銹鋼裝置。
【文檔編號】C07C51/16GK104230738SQ201410367694
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月30日 優先權日:2014年7月30日
【發明者】沈崢, 張亞雷, 周雪飛, 周婧斐, 張敏, 桑文靜 申請人:同濟大學