DD286372A5 - METHANOTROPIC BACTERIA PROCESSING METHOD - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuechtung methanotropher Bakterien. Die Erfindung gehoert in das Gebiet der mikrobiologischen Eiweiszgewinnung. Die Erfindung verfolgt das Ziel, ein Prozeszregime fuer das Verfahren der mikrobiologischen Methankonvertierung zu entwickeln, das auszerhalb des explosiven Bereiches von Methan/Luftgemischen arbeitet und gleichzeitig die Vorteile einer optimalen Gaszusammensetzung (optimales Wachstum, minimale spezifische Verbrauchskoeffizienten fuer Methan und Sauerstoff) nutzt und damit Energie und Rohstoffe einspart. Die Aufgabe besteht darin, eine Gaszusammensetzung zu realisieren, die den genannten Forderungen entspricht. Es wurde gefunden, dasz obige Zielstellung realisiert werden kann, wenn Erdgas mit einem Methangehalt von 15-40% (bevorzugt * bei gleichzeitiger Gasrueckfuehrung des Fermentationsgasgemisches verwendet und das gewuenschte Begasungsregime durch geeignete quantitative Verknuepfung prozesztechnischer und physikalischer Kennziffern eingestellt wird.{Zuechtung; Methankonvertierung; Gasrueckfuehrung; Bakterien; Eiweiszgewinnung; Begasungsregime; methanotroph; Verbrauchskoeffizienten}The invention relates to a method for growing methanotrophic bacteria. The invention belongs to the field of microbiological protein production. The invention aims to develop a process regime of microbiological methane conversion that operates outside the explosive range of methane / air mixtures while taking advantage of optimum gas composition (optimal growth, minimum specific consumption coefficients for methane and oxygen) and thus energy and saves raw materials. The object is to realize a gas composition that meets the above requirements. It has been found that the above object can be achieved by using natural gas with a methane content of 15-40% (preferably with simultaneous gas recirculation of the fermentation gas mixture and adjusting the desired fumigation regime by appropriate quantitative linking of process and physical parameters. Gas recirculation, bacteria, protein production, fumigation regimen, methanotrophic, consumption coefficients}
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing
Die Erfindung gehört In das Gebiet der mikrobiologischen Eiweißgewinnung und kann eingesetzt werden in Anlagen, in denen methanhaltige Gasgemische mit Hilfe methanotropher Bakterien in Gegenwart eines freien Sauerstoff enthaltenden Gases umgesetzt werden.The invention belongs to the field of microbiological protein production and can be used in plants in which methane-containing gas mixtures are reacted with the aid of methanotrophic bacteria in the presence of a gas containing free oxygen.
Charakteristik de» bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
Die bekannten Verfahren gehen davon aus, daß methanotrophe Bakterien in einem Nährstoffe enthaltenden Fermentationsmedium in Gegenwart eines methan- und sauerstoffhaltigen Gases kultiviert werden, wobei Temperatur und pH-Wert des Fermentationsmediums in den für die jeweilige Kultur optimalen Bereichen gehalten werden. Schwerpunkt vieler Patente (z.B. GB-PS 1166964, DE-OS 2460672) ist der Schutz zahlreicher methanotropher Stämme und weniger die Erarbeitung optimaler, für großtechnische Verhältnisse geeigneter Prozeßführungs- und Auslegungsvarianten. Ökonomische Überlegungen für eine großtechnische Anwenduno sind in der DE-OS 2417848 enthalten. Dieses Verfahren arbeitet aber im explosiven Bereich des Gasgemisches und sollte aus sicherheitstechnischen Gründen vermieden werden.The known methods assume that methanotrophic bacteria are cultured in a nutrient-containing fermentation medium in the presence of a methane- and oxygen-containing gas, the temperature and pH of the fermentation medium being kept in the optimum ranges for the respective culture. The focus of many patents (e.g., GB-PS 1166964, DE-OS 2460672) is the protection of many methanotrophic strains and less the elaboration of optimum process control and design variants suitable for large scale use. Economic considerations for a large-scale Anwendungsuno are included in DE-OS 2417848. However, this method works in the explosive area of the gas mixture and should be avoided for safety reasons.
So erklärt es sich, daß für wichtige Fermentationsparameter oft sehr weito, nicht optimale Bereiche beansprucht werden, z. B. in GB-PS 1150401 ein Druck bis 40at, in GB-PS 1320722 ein Druck bis 1500psig.So it explains that for important fermentation parameters often very far, not optimal areas are claimed, z. B. in GB-PS 1150401 a pressure to 40at, in GB-PS 1320722 a pressure up to 1500psig.
Die Zusammensetzung des Begasungsgemisches schwankt ebenfalls in weiten Bereichen, z. B. in DE-OS 2610478 ist das Verhältnis Methan zu Luft 2:1 bis 1:6, in GB-PS 1320722 beträgt der Methangehalt 1-97%, der Oj-Gehalt 3-74%; oder in DE-OS 2241258 Methan 10-50%, O210-19%.The composition of the gassing mixture also varies widely, z. B. in DE-OS 2610478 is the ratio of methane to air 2: 1 to 1: 6, in GB-PS 1320722, the methane content is 1-97%, the Oj content 3-74%; or in DE-OS 2241258 methane 10-50%, O 2 10-19%.
Als C-Quelle werden reines Methan oder Erdgas beansprucht, wobei man davon ausgehen kann, daß ein hoher Methangehalt des Erdgases als Vorteil angesehen wird und deshalb neben reinem Methan auch Erdgas zum Einsatz kommt. Die GB-PS 115C401 geht davon aus, daß Methan die dominierende Komponente im Erdgas ist; in GB-PS 1320722 werden zwar als C-Quelle rdines Methan oder Erdgas verschiedener Zusammensetzung genannt, doch betrifft die .verschiedene Zusammensetzung" unterschiedliche geringe Gehalte homologer Kohlenwasserstoffe, Methan ist auch hier die dominierende Komponente. In der DE-OS 2417848 geht aus den beanspruchten Mengenangaben für Methan bzw. Erdgas und Luft hervor, daß der Prozentgehalt des Methans im Erdgas nahe 100% angenommen wird.As C source pure methane or natural gas are claimed, it can be assumed that a high methane content of natural gas is considered an advantage and therefore natural gas is used in addition to pure methane. GB-PS 115C401 assumes that methane is the dominant component in natural gas; in GB-PS 1320722, while carbon dioxide is known as methane or natural gas of various composition, the "different composition" relates to different low contents of homologous hydrocarbons, methane being the dominant component here as well Quantitative data for methane or natural gas and air show that the percentage of methane in natural gas is assumed to be close to 100%.
Die meisten vorgeschlagenen Verfahren arbeiten außerhalb des explosiven Bereiches des Gasgemisches, wobei eine entsprechende Gaszusammensetzung oft erst durch Zusatz von Inertgasen, z. B. in GB-PS 1150401: N2 oder CO2, in GB-PS 1320722: N2 erreicht wird.Most proposed methods work outside the explosive region of the gas mixture, with a corresponding gas composition often only by the addition of inert gases, eg. In GB-PS 1150401: N 2 or CO 2 , in GB-PS 1320722: N 2 is achieved.
Die Bedeutung der Gaszusammensetzung für den Stoffübergang und dessen Einfluß auf die Geschwindigkeit des Fermentationsprozesses wird oft genannt, aber nicht quantitativ erfaßt.The importance of the gas composition for the mass transfer and its influence on the speed of the fermentation process is often called, but not quantified.
So werden in der GB-PS 1175813 der Stoffübergang von CH4 und O2 als geschwindigkeitsbestimmender Schritt und die Bedeutung des Verhältnisses von CH4 zu O2 erkannt, die Existenz und quantitative Berechnung eines optimalen Gasverhältnisses aus den notwendigen Einflußgrößen bleiben aber unbekannt.Thus, in GB-PS 1175813, the mass transfer of CH 4 and O 2 is recognized as a rate-determining step and the importance of the ratio of CH 4 to O 2 , the existence and quantitative calculation of an optimal gas ratio from the necessary predictors remain unknown.
Widersprüchliche Angaben finden sich in der GB-PS 1150401, in der GB-PS 1166964 und in der DE-OS 2604993, in denen gleichzeitig auf die Bedeutung des Gasverhältnisses, die Vermeidung von explosiven Gasgemischen und die Verwendung von Oj-angereicherter Luft hingewiesen wird.Contradictory information can be found in GB-PS 1150401, in GB-PS 1166964 and in DE-OS 2604993, in which attention is simultaneously drawn to the importance of the gas ratio, the avoidance of explosive gas mixtures and the use of Oj-enriched air.
Am deutlichsten wird von einer optimalen Begasung in der DE-AS 2601254 gesprochen (eine quantitative Definition wird nicht gegeben), dort liegt der Schwerpunkt aber auf der Regelung eines bestimmten Verhältnisses von CH4 zu O2.Most clearly spoken of an optimal fumigation in DE-AS 2601254 (a quantitative definition is not given), there is the emphasis but on the regulation of a certain ratio of CH 4 to O 2 .
Die Nichteinhaltung eines optimalen Gasverhältnisses, das von den spezifischen Verbrauchskoeffizienten, von den Stoffüberganyskoeflizienten, von den Löslichkeitei von Methan und Sauerstoff sowie von den kinetischen Konstanten in den V-'achstumsmodellen abhängt, hat die Folge, cJaß die spezifischen Verbrauchswerte ober- und unterhalb vom optimalen Gasverhältnis stark ansteigen (WENDLANOT, Dissertation, Leipzig 1979; PRAUSE, Dissertation B, Leipzig, 1982).The failure to maintain an optimal gas ratio, which depends on the specific fuel consumption coefficients, the mass transfer coefficients, the solubility of methane and oxygen and the kinetic constants in the V-axis models, results in the specific consumption values above and below the optimum Gas ratio increase sharply (WENDLANOT, Dissertation, Leipzig 1979, PRAUSE, Dissertation B, Leipzig, 1982).
Aus ökonomischen Gründen wird oft eine Rückführung des Fermentationsgasgemisches vorgeschlagen, z.B. GB-PS 1150401, GB-PS 1175313, GB-PS 1166964, DE-OS 2604993, DE-OS 2460672 und DE-OS 2308087. doch sind auch diese Angaben oft widersprüchlic i, weil sie gleichzeitig maximales Wachstum und maximale Gasnuüung beanspruchen, was aber wegen der partialdruckser kenden Wirkung einer Rückführung und wegen des Einflusses des Partialdruckes auf den Stoffübergang nicht möglich ist.For economic reasons, recycling of the fermentation gas mixture is often suggested, e.g. GB-PS 1150401, GB-PS 1175313, GB-PS 1166964, DE-OS 2604993, DE-OS 2460672 and DE-OS 2308087. However, these figures are often contradictory i, because they claim maximum growth and maximum Gasnuüung at the same time, what but because of the partialdruckser kenden effect of a return and because of the influence of the partial pressure on the mass transfer is not possible.
Insgesamt haben die bekannten Verfahren den Nachteil, daß nie bei einem optimalen Gasverhältnis gefahren wird, daß dadurch die spezifischen Verbrauchswerte steigen, unnötig hoher Eneroieeintrag für den Stoffübergang erforderlich ist, kein optimales Wachstum stattfinden kann und oft Kosten für Inertgas, das zur Vermeidung explosiver Gasgemische zugegeben wird, entstehen.Overall, the known methods have the disadvantage that it is never driven at an optimum gas ratio, thereby increasing the specific consumption, unnecessarily high Eneroieeintrag for the mass transfer is required, no optimal growth can take place and often costs for inert gas, which added to avoid explosive gas mixtures will arise.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Die Erfindung verfolgt das Ziel, ein Verfahren zur Züchtung mtithanotropher Bakterien zu entwickeln, das außerhalb des explosiven Bereiches von Methan/Luftgemischen arbeitet, d Vorteile einer optimalen Gaszusammensetzung, wie optimales Wachstum, minimale spezifische Verbrauchskoeffizienten für Methan und Sauerstoff, nutzt und damit Energie und Rohstoffe einspart. Außerdem sollen Kosten für zusätzliches Inertgas vermieden werden.The invention aims to develop a method for breeding mtithanotrophic bacteria that operates outside the explosive range of methane / air mixtures, the advantages of an optimal gas composition, such as optimal growth, minimum specific consumption coefficients for methane and oxygen, and thus uses energy and raw materials saves. In addition, costs for additional inert gas should be avoided.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gaszusammenseüung zu gewährleisten, die außerhalb des explosiven Bereiches liegt und trotzdem das für den Stoffübergang und für das Wachstum optimale Verhältnis von Methan zu Sauerstoff aufweist.The invention is therefore based on the object to ensure a Gaszusammenseüung that is outside the explosive range and still has the optimum for the mass transfer and for growth ratio of methane to oxygen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als C-Quelle Erdgas mit niedrigem Methangehalt von 15-40%, bevorzugt 25-35%, als Sauerstoffquelle Luft eingesetzt und gleichzeitig eine Rückführung des Fermentationsgasgemisches vorgesehen wird, wobei man prozeßtechnische und physikalische Kennziffern, wie spezifische Verbrauchskoeffizienten, Gaclöslichkeiten, Stoffübergangskoeffizienten, Druck, Gasrückführgrad, quantitativ so darstellt, daß man das optimale Begasungsverhältnis Im nichtexplosiven Bereich ableiten kann.According to the invention, this object is achieved in that as a C source natural gas with low methane content of 15-40%, preferably 25-35%, used as the oxygen source air and at the same time a return of the fermentation gas mixture is provided, wherein process technical and physical characteristics, such as specific Consumption coefficients, Gac solubilities, mass transfer coefficients, pressure, gas recirculation degree, quantitatively so that one can derive the optimum gassing ratio in the non-explosive range.
Durch den hohen Inertgasanteil des Erdgases und der Luft ist eine zusätzliche Einspeisung von Inertgas zur Vermeidung explosiver Gasgemische nicht erforderlich.Due to the high inert gas content of the natural gas and the air, an additional supply of inert gas to avoid explosive gas mixtures is not required.
In der Abbildung wird das Wesen der Erfindung näher erläutert. Oberhalb der Kurve 5 liegt der explosive Bereich von Methan/ Luftgemischen. Wie man sieht, liegen die meisten optimalen Gasmischungen (charakterisiert durch die Gerade 4) im explosiven Bereich. Die Geraden 1,2 und 3 stellen verschiedene Frischgasmischungen dar: Gerade 2 eine Mischung aus reinem Methan und Luft, Gerade 1 eine Mischung aus reinem Methan und O2-angereichnrter Luft und Gerade 3 eine Mischung aus Luft und methanarmem Erdgas. Von den drei dargestellten Fällen wird Gerade 3 am wenigsten vom explosiven Bereich berührt.In the figure, the essence of the invention is explained in detail. Above the curve 5 is the explosive range of methane / air mixtures. As you can see, most optimal gas mixtures (characterized by straight line 4) are in the explosive range. Lines 1,2 and 3 represent different fresh gas mixtures: straight 2 a mixture of pure methane and air, straight 1 a mixture of pure methane and O 2 -angereichnrter air and straight line 3 a mixture of air and low-methane natural gas. Of the three cases shown, straight line 3 is least affected by the explosive area.
Wird methanarmes Erdgas bei teilweiser Rückführung mit Luft gemischt, folgt die Zusammensetzung des Gasgemisches der Kurve 6, und man kann eine Mischung (Punkt 7) einstellen, die sowohl optimal ist als auch außerhalb des explosiven Bereiches liegt.If methane-poor natural gas is mixed with air when partially recirculated, the composition of the gas mixture follows curve 6 and a mixture (point 7) can be set which is both optimal and outside the explosive range.
Durch die nachfolgenden Beispiele wird die Erfindung noch näher erläutert.The following examples illustrate the invention in more detail.
Ein Tauchstrahlfermentor mit einem Arbeitsvolumon von 20Om3 (300m1 Gesamtvolumen) wird kontinuierlich bei einer Temperatur von 380C, einem pH-Wert von 5,7 (mit MHj-Wasser geregelt) und einer Verweilzeit von 6h betrieben. Das Impfmaterial der methanotrophen Kultur ZIMET B5Ü2 wurde vorher im kontinuierlichen Prozeß in einem 32m3 Fermentor gezüchtet. Das Nährmedium, von dem 14,45m3/h zugegeben werden, hat folgende Zusammensetzung:A Tauchstrahlfermentor with a working volume of 20Om 3 (300m 1 total volume) is operated continuously at a temperature of 38 0 C, a pH of 5.7 (regulated with MHj water) and a residence time of 6h. The inoculant of the methanotrophic culture ZIMET B5Ü2 was previously cultured in a continuous process in a 32m 3 fermentor. The nutrient medium from which 14,45m 3 / h are added has the following composition:
H3PO4 (80%ig) 2,8 l/m3 H 3 PO 4 (80%) 2.8 l / m 3
KHjPO4 3,5kg/mJ KHjPO 4 3,5kg / m J
MgSO4 χ 7H,0 2,5 kg/m3 MgSO 4 χ 7H, 0 2.5 kg / m 3
CuSO4 X 5H2O 0,785 kg/m3 CuSO 4 X 5H 2 O 0.785 kg / m 3
MnSO4 χ 4H2O 1,825kg/m3 MnSO 4 χ 4H 2 O 1.825kg / m 3
FeCI2 x 4H2O 1,200 kg/m3 FeCl 2 x 4H 2 O 1.200 kg / m 3
ZnCI2 0,322 kg/m3 ZnCl 2 0.322 kg / m 3
CoSO4 x 7H2O 0,038kg/m3 CoSO 4 x 7H 2 O 0.038kg / m 3
NiSO4 x 7H2O 0,109kg/m3 NiSO 4 x 7H 2 O 0.109kg / m 3
AI2(SO4I1 χ 18H2O 0,186kg/m'Al 2 (SO 4 I 1 χ 18H 2 O 0.186kg / m '
Ca(NOj)2 χ 4H,0 0,883 kg/m3 Ca (NOj) 2 χ 4H, 0 0.883 kg / m 3
Na2MoO4 χ 2H2O 0,041 kg/m3 Na 2 MoO 4 χ 2H 2 O 0.041 kg / m 3
HjBO, 1,286 kg/m3 HjBO, 1.286 kg / m 3
CrCIj χ 6H2O 0,077kg/m3 CrClj χ 6H 2 O 0.077kg / m 3
Bei einem Druck von 1 MPa werden 12930 NmVh Erdgas (25% Methan) und 22 280 NmVh Luft zugeführt ifs wird ein Rückführgrad des Fermontationsgasgemisches von 0,75 eingestellt, und Frischgas und rückgeführtes Gas werden vor dem Gaseintritt gemischt.At a pressure of 1 MPa, 12930 NmVh of natural gas (25% methane) and 22,280 NmVh of air are supplied. Ifs, a recirculation degree of the fermontizing gas mixture of 0.75 is set, and fresh gas and recirculated gas are mixed before the gas enters.
Bei einer Produktivität von 5,43kg/m3 h hat das Fermentorabgas folgende Zusammensetzung:At a productivity of 5.43 kg / m 3 h, the fermenter exhaust gas has the following composition:
4,23% Methan, 6,24% O2,3,13% CO2 und 86,4 %N?.4.23% methane, 6.24% O 2 , 3.13% CO 2 and 86.4% N ? ,
Am Gaseintritt betragen die Konzentrationen 5,57% Methan und 8,15% Sauerstoff, wodurch das Gasgemisch an jeder Stelle des Fermentors außerhalb des explosiven Bereiches liegt.At the gas inlet, the concentrations are 5.57% methane and 8.15% oxygen, whereby the gas mixture at any point of the fermentor is outside the explosive range.
Ein ROhrfermentor von 200 m3 Arbeitsvolumen wird unter den gleichen Bedingungen (Temperatur, Druck, pH-Wert, Verweilzeit) wie in Beispiel 1 betrieben. Von der Nährlösung (s. Bespiel 1) werden 19,2 mVh dosiert.A crude fermentor of 200 m 3 working volume is operated under the same conditions (temperature, pressure, pH, residence time) as in Example 1. The nutrient solution (see Example 1) is dosed at 19.2 mVh.
Frischgase und rückgeführtes Gas werden getrennt in den Fermentor geführt. Es werden 14025 NmVh Erdgas (35% Methan) und 34335 NmVh Luft eingeleitet. Der Gasrückführgrad beträgt 0,7.Fresh gases and recirculated gas are fed separately into the fermentor. 14025 NmVh of natural gas (35% methane) and 34335 NmVh of air are introduced. The gas recirculation degree is 0.7.
Bei einer Produktivität von 7,22kg/m3 hat das Fermentorabgas folgende Zusammensetzung, die außerhalb des explosiven Bereiches liegt: 5,5% Methan, 8,3% O2,3,0% CO2,83,2% N2.At a productivity of 7.22 kg / m 3 , the fermentor exhaust gas has the following composition, which is outside the explosive range: 5.5% methane, 8.3% O 2 , 3.0% CO 2 , 83.2% N 2 .
Claims (3)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DD33154889A DD286372B5 (en) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | Method for breeding methanotrophic bacteria |
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| DD33154889A DD286372B5 (en) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | Method for breeding methanotrophic bacteria |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD286372A5 true DD286372A5 (en) | 1991-01-24 |
| DD286372B5 DD286372B5 (en) | 1999-11-04 |
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ID=5611457
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| DD (1) | DD286372B5 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220315875A1 (en) * | 2021-04-05 | 2022-10-06 | Palo Alto Research Center Incorporated | Systems and methods for removing methane from a gas stream |
-
1989
- 1989-08-07 DD DD33154889A patent/DD286372B5/en not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220315875A1 (en) * | 2021-04-05 | 2022-10-06 | Palo Alto Research Center Incorporated | Systems and methods for removing methane from a gas stream |
Also Published As
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| DD286372B5 (en) | 1999-11-04 |
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