DE3409138A1 - METHOD FOR PRODUCING PROTEIN-CONTAINING MATERIALS - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING PROTEIN-CONTAINING MATERIALS

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DE3409138A1
DE3409138A1 DE19843409138 DE3409138A DE3409138A1 DE 3409138 A1 DE3409138 A1 DE 3409138A1 DE 19843409138 DE19843409138 DE 19843409138 DE 3409138 A DE3409138 A DE 3409138A DE 3409138 A1 DE3409138 A1 DE 3409138A1
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Description

LINDE AKTIENGESELLSCHAFTLINDE AKTIENGESELLSCHAFT

(H 1482) H 84/31 (H 1482) H 84/31

Hm/fl 12.3.1984Hm / fl 12.3.1984

Verfahren zur Herstellung proteinhaltigen Materials Process for the production of proteinaceous materials

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung proteinhaltigen Materials durch Züchten von Mikroorganismen in einem Kulturmedium unter aeroben Bedingungen auf der Basis von Methanol, das durch Synthese aus einem Synthesegas hergestellt wird, das Wasserstoff im Überschuß enthält, wobei die gezüchtete Biomasse abgetrennt und als Einzellerprotein gewonnen wird.The invention relates to a method for producing protein-containing Materials based on growing microorganisms in a culture medium under aerobic conditions of methanol, which is produced by synthesis from a synthesis gas which contains hydrogen in excess, the cultivated biomass being separated and as a single-cell protein is won.

Es gibt eine Reihe von Verfahren zur Herstellung von Einzellerprotein. Sie unterscheiden sich voneinander im wesentlichen durch die Verwendung von verschiedenen Kohlenstoff quellen, verschiedenen Mikroorganismen und verschiedenenThere are a number of methods for making single-cell protein. They differ from each other in essential through the use of different carbon sources, different microorganisms and different

Als
Begasungssystemen. Kohlenstoffquellen dienen beispielsweise Sulfitablaugen, zuckerhaltige Lösungen, insbesondere Melasse, kohlenwasserstoffhaltige Stoffe, insbesondere Paraffine, sowie Alkohole, insbesondere Äthanol und Methanol. Als Mikroorganismen werden vor allem Bakterien, Hefen, Pilze und Algen eingesetzt. Das Kulturmedium kann hierbei mit Luft, Sauerstoff oder mit sauerstoffangereicherter Luft begast werden.
as
Fumigation systems. Carbon sources are used, for example, sulphite waste liquors, solutions containing sugar, in particular molasses, substances containing hydrocarbons, in particular paraffins, and alcohols, in particular ethanol and methanol. The main microorganisms used are bacteria, yeasts, fungi and algae. The culture medium can be gassed with air, oxygen or oxygen-enriched air.

Form. 5729 7.78Shape. 5729 7.78

Es ist bereits bekannt, Einzellerprotein, direkt aus Erdgas mittels Bakterien zu gewinnen. Dabei ist von Nachteil, daß die Kohlenstoffquelle durch die Bakterien nur sehr schlecht ausgenutzt wird. Diese Verfahren haben sich deshalb nicht durchgesetzt, denn der Hauptkostenfaktor bei der industriellen Erzeugung von Einzellprotein ist in der Regel der Verbrauch der Kohlenstoffquelle. Das Ausgangsmaterial ist insofern von großer Bedeutung.It is already known to use single-cell protein, directly from natural gas Attract bacteria. The disadvantage here is that the carbon source from the bacteria is very poor is exploited. These processes have therefore not caught on because they are the main cost factor in industrial Production of single cell protein is usually the consumption of the carbon source. The starting material is insofar of great importance.

Von besonderem Interesse sind in letzter Zeit vor allem Verfahren auf Basis von Alkoholen, insbesondere von Methanol. Denn Alkohole sind keine landwirtschaftlichen Produkte, sondern Industrieprodukte und stehen damit nicht nur saisonbedingt zur Verfügung, sind gut mit Wasser mischbar und stehen in großen Mengen und rein zur Verfügung.Processes based on alcohols, in particular methanol, have been of particular interest recently. Because alcohols are not agricultural products, but industrial products and are therefore not only seasonal are available, can be mixed well with water and are available in large quantities and pure.

So ist es bekannt, Bakterien in einem Kulturmedium, das mit Luft begast wird, auf der Basis von Methanol zu kultivieren. It is known to cultivate bacteria on the basis of methanol in a culture medium which is gassed with air.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art anzugeben, das sich durch eine besonders gute Ausnutzung der Kohlenstoffquelle auszeichnet. The invention is based on the object of specifying a method of the type described at the outset which is characterized by a particularly good utilization of the carbon source.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Kohlendioxid aus dem bei der Züchtung der Mikroorganismen gebildeten Abgas in das Synthesegas oder in die Synthesegasgewinnungsstufe rückgeleitet wird.This object is achieved according to the invention in that Carbon dioxide from the exhaust gas formed during the cultivation of the microorganisms in the synthesis gas or in the synthesis gas recovery stage is returned.

Erfindungsgemäß dienen als Kohlenstoffquelle Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Erdgas, die bevorzugt durch Dampfreformieren in ein für die Methanolsynthese geeignetes, im wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff bestehendes Synthesegas umgewandelt werden, das ohne die Kohlen-Form. 5729 7.78 According to the invention, the carbon source used is hydrocarbons, for example natural gas, which are preferably converted by steam reforming into a synthesis gas which is suitable for methanol synthesis and essentially consists of carbon monoxide and hydrogen, without the carbon form. 5729 7.78

dioxidrückführung einen WasserstoffÜberschuß aufweist, der zusammen mit den inerten Anteilen (Stickstoff, Methan) über das Purgegas aus dem Methanolsystem ausgetragen wird. Durch die erfindungsgemäße Kohlendioxidrückführung kann dieser Wasserstoffüberschuß zusammen mit dem Kohlendioxid in der Synthese zusätzlich zu Methanol umgewandelt werden. Konkret ist eine optimale Methanolsynthese nur möglich, wenn folgende Bedingung erfüllt ist:dioxide return has an excess of hydrogen, the is discharged from the methanol system via the purge gas together with the inert components (nitrogen, methane). By the carbon dioxide recycling according to the invention can this excess hydrogen together with the carbon dioxide in the Synthesis can be converted in addition to methanol. Specifically, an optimal methanol synthesis is only possible if the following Condition is met:

H0 - CO0 H 0 - CO 0

CO + CO2 CO + CO 2

Daraus folgt, daß Teile des Kohlendioxids aus der FermentationIt follows that some of the carbon dioxide comes from fermentation

sinnvoll zwischen der Synthesegaserzeugung und der Methanolkönnen/ synthese in den Synthesegasstrom eingespeist werden und zwar anstelle oder zusätzlich zur Kohlendioxidzugabe zum Rohgas zur Synthesegaserzeugung. Auf diese Weise hergestelltes Methanol wird zur Züchtung der Mikroorganismen in einen Fermenter geleitet, in dem diese in einem wäßrigen, Nährsalze enthaltenden Kulturmedium in Anwesenheit von Sauerstoff kultiviert werden. Bei der Züchtung der Mikroorganismen entstehen kohlendioxidhaltige Abgase. Erfindungsgemäß wird das Kohlendioxid dieses Abgases beispielsweise in eine Dampfreformierstufe rückgeführt. In dieser Stufe bewirkt das Kohlendioxid, daß die Bildung von Kohlendioxid aus den Kohlenwasserstoff en und Wasser reduziert wird.sensible between the synthesis gas generation and the methanol can / Synthesis are fed into the synthesis gas stream instead of or in addition to the addition of carbon dioxide to the raw gas for synthesis gas generation. Methanol produced in this way is used to cultivate the microorganisms in a Fermenter passed in which this in an aqueous culture medium containing nutrient salts in the presence of oxygen to be cultivated. During the cultivation of the microorganisms, carbon dioxide-containing exhaust gases are produced. According to the invention the carbon dioxide of this exhaust gas is returned to a steam reforming stage, for example. Caused at this stage the carbon dioxide that the formation of carbon dioxide from the hydrocarbons and water is reduced.

Durch die Rückführung von Kohlendioxid in die Dampfreformier-. stufe kann die Kohlenwasserstoffzufuhr verringert werden. Somit wird beim erfindungsgemäßen Verfahren insgesamt die Ausbeute des für die Methanolherstellung verwendeten Kohlenwasserstoffes erhöht. Zugleich verbessert sich die Energiebilanz des Gesamtsystems, so daß weniger Heizmedium benötigtBy recycling carbon dioxide in the steam reforming. The hydrocarbon feed can be reduced at the 1st stage. Thus, in the process according to the invention, the overall yield of the hydrocarbon used for the production of methanol is elevated. At the same time, the energy balance of the overall system improves, so that less heating medium is required

Form. 5729 7.78Shape. 5729 7.78

wird. Diese Energiemenge kann vorteilhaft beispielsweise zur Trocknung der abgetrennten Biomasse eingesetzt werden. Zusätzlich sind die Investitionskosten für eine Anlage zur Methanolsynthese aus Kohlenwasserstoffen unter Rückführung von Kohlendioxid niedriger als für eine entsprechende Anlage ohne Kohlendioxidrückführung.will. This amount of energy can advantageously be used, for example, to dry the separated biomass. In addition, the investment costs for a plant for the synthesis of methanol from hydrocarbons are under recycling of carbon dioxide is lower than for a corresponding system without carbon dioxide recycling.

Mit besonderem Vorteil werden nach einem Merkmal der Erfindung Hefen als Mikroorganismen verwendet, d.h. das Kohlendioxid des bei der Züchtung von Hefen gebildeten Abgases in das Synthesegas oder in die Synthesegaserzeugungsstufe rückgeleitet:With particular advantage, according to a feature of the invention, yeasts are used as microorganisms, i.e. carbon dioxide of the exhaust gas formed during the cultivation of yeasts in the synthesis gas or in the synthesis gas generation stage returned:

Im Vergleich zu beispielsweise Bakterien haben Hefen grundsätzliche Vorteile: Anlagen zur Kultivierung von Hefen können unsteril betrieben werden. Wegen der geringen Kontaminationsgefahr wird die Betriebsbereitschaft der Anlage wesentlich erhöht, werden die Anforderungen an das Geschick und die Ausbildung des Betreiberpersonals reduziert und wird die Wirtschaftlichkeit wegen der geringeren Kosten für die Vorbereitung der Rohstoffe und Nährstoffe verbessert. Außerdem besteht ein geringerer Verdacht der Gesundheitsschädlichkeit als bei Bakterien, da Hefen seit langem im Gebrauch für die menschliche Ernährung sind.Compared to bacteria, for example, yeasts have fundamental Advantages: Yeast cultivation systems can be operated non-sterile. Because of the low risk of contamination if the operational readiness of the system is increased significantly, the demands on skill are increased and the training of the operating personnel is reduced and the profitability is reduced because of the lower Improved raw material and nutrient preparation costs. In addition, there is less suspicion of Harmful to health than bacteria since yeast has long been in use for human consumption.

Bei Verwendung in der Tierfütterung ist Hefeprotein häufig dem Bakterienprotein überlegen, wie in der Literatur berichtet wird (z.B. G. Cardini, SCP-products from methanolgrown yeasts, Dechema-Monographie, Bd. 83, 1979, Seiten 219-225). Schließlich sind Hefen wesentlich einfacher aus der Fermenterbrühe abzutrennen als Bakterien.When used in animal feed, yeast protein is often superior to bacterial protein, as in the literature is reported (e.g. G. Cardini, SCP-products from methanolgrown yeasts, Dechema-Monographie, Vol. 83, 1979, pages 219-225). After all, yeasts are much easier to separate from the fermenter broth than bacteria.

Der Hauptnachteil von Hefen besteht darin, daß sie einen höheren Anteil der Kohlenstoffquelle zu Kohlendioxid veratmen als Bakterien. Je größer die spezifische Kohlendioxidabgabe ist, desto geringer ist die Ausnutzung derThe main disadvantage of yeasts is that they breathe a higher proportion of the carbon source into carbon dioxide than bacteria. The greater the specific carbon dioxide release is, the lower the utilization of the

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Kohlenstoffquellen und desto höher und teurer ist deren Verbrauch bzw. Einsatz. Bakterien haben den vergleichsweise höchsten Gehalt an Proteinen und eine relativ niedrige Kohlendioxidabgabe. Das bedeutet, daß Bakterien die beste Ausnutzung von Kohlenstoffquellen aufweisen. Da, wie bereits erwähnt, die Kohlenstoffquelle den wesentlichen Anteil an den Kosten des Endproduktes darstellt, wurden bei bisherigen Verfahren wegen der besseren Ausnutzung der Kohlenstoffquelle Bakterien als Mikroorganismen eingesetzt. Dabei wurden bewüßt die Nachteile der Bakterien, insbesondere die Notwendigkeit steriler Betriebsbedingungen in Kauf genommen.Sources of carbon and the higher and more expensive theirs Consumption or use. Bacteria have the highest protein content and a relatively low one Carbon dioxide release. This means that bacteria are making the best use of carbon sources. As before mentioned, the carbon source accounts for the major part represents the cost of the end product, were in previous processes because of the better utilization of the carbon source Bacteria used as microorganisms. In doing so, they became aware of the disadvantages of bacteria, especially the necessity sterile operating conditions accepted.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es nunmehr möglich, die Ausnutzung der Kohlenstoffquelle bei der Verwendung von Hefen so zu verbessern, daß die bei bisherigen Verfahren gegebene Differenz in der Ausnutzung der Kohlenstoffquelle zwischen Bakterien und Hefen praktisch ausgeglichen wird. Gleichzeitig bleiben die Vorteile, die die Hefen im Vergleich zu Bakterien bieten, erhalten.With the method according to the invention it is now possible to improve the utilization of the carbon source in the use of yeast so that that in previous processes given difference in the utilization of the carbon source between bacteria and yeasts practically balanced will. At the same time, the advantages that yeast offer compared to bacteria are retained.

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Beispiel; Example ;

Die Ausnutzung der Kohlenstoffquelle durch Bakterien beträgt nach Literaturangaben 0,45 bis 0,55kg Einzellerprotein pro kg Methanol.Bei Hefen liegt dieser Wert bei 0,4 bis 0,45, also etwa um 10% niedriger.The exploitation of the carbon source by bacteria amounts to According to the literature, 0.45 to 0.55 kg of single-cell protein per kg of methanol; in the case of yeast, this value is 0.4 to 0.45, so about 10% lower.

Aus Tabelle I ist zu ersehen, daß durch Kohlendioxid-Rückführung in die Dampfreformierstufe die Zufuhr von Kohlenwasserstoffen, im Beispiel Erdgas, um ca. 8% verringert wird. Zugleich verbessert sich die Wärmebilanz, so daß überschußdampf erzeugt wird, der in der Hefetrocknung eingesetzt werden kann. Dadurch werden weitere 4% an Erdgas für Heizzwecke eingespart. Auf diese Weise wird also die Differenz in der Ausnutzung der Kohlenstoffquelle zwischen Bakterien und Hefen in etwa ausgeglichen.From Table I it can be seen that by recycling carbon dioxide into the steam reforming stage, the supply of hydrocarbons, in the example of natural gas, is reduced by approx. 8%. At the same time, the heat balance improves, so that Excess steam is generated, which can be used in yeast drying. This will add another 4% Natural gas saved for heating purposes. So in this way becomes the difference in the utilization of the carbon source roughly balanced between bacteria and yeast.

Tabelle ITable I.

Erzeugung von 100 000 jato Trockenhefe Methanolbedarf: ca. 30 t/hProduction of 100,000 t / y dry yeast Methanol requirement: approx. 30 t / h

mit CC^-Rück" onne CO2 führung führung onne with CC ^ -Rück "CO 2 management leadership

Erdgasbedarf (Prozeß und Heizung) 996,9 kmol/h 1088,2 kmol/hNatural gas demand (process and heating) 996.9 kmol / h 1088.2 kmol / h

CO2-Rückführung 218,4 kmol/hCO 2 recirculation 218.4 kmol / h

überschußdampf 16,3 t/h Erdgasbedarf zur ProduktionSurplus steam 16.3 t / h of natural gas required for production

der Dampf differenzmenge - 44,5 kmol/hthe difference in steam volume - 44.5 kmol / h

Suttme Erdgasbedarf 996,9 kmol/h 1132,7 kmol/hTotal natural gas requirement 996.9 kmol / h 1132.7 kmol / h

Differenz 135,8 kmol/hDifference 135.8 kmol / h

Prozentsatz (bezogen auf 1132,7 kmol/h) 12,0 %Percentage (based on 1132.7 kmol / h) 12.0%

Form. 5729 7.78Shape. 5729 7.78

AO · AO

Prinzipiell kann das erfindungsgemäße Verfahren auch bei der Züchtung von Bakterien oder Pilzen angewandt werden.In principle, the method according to the invention can also be used for the cultivation of bacteria or fungi can be used.

Grundsätzlich ist es möglich, Kohlendioxid aus dem bei der Züchtung von Mikroorganismen in einem mit Luft begasten Kulturmedium gebildeten Abgas zu nutzen. Dazu müßte das Kohlendioxid jedoch erst aus dem Abgas abgetrennt werden. Bei Verwendung von Luft für die Begasung besteht das Abgas überwiegend aus Stickstoff mit geringen Mengen von Kohlendioxid, Sauerstoff usw.. Für die Abtrennung des stark verdünnten Kohlendioxids aus den übrigen Abgasbestandteilen (vgl. Gasbilanz gemäß Tabelle II) ist jedoch ein aufwendiger Prozeß erforderlich, der im wesentlichen folgende Schritte umfaßt: Kompression des Abgases, Kohlendioxid-Abtrennung (Kohlendioxidwäsche, Regenerierung des kohlendioxidhaltigen Waschmittels und der Erzeugung einer kohlendioxidreichen Fraktion unter Niederdruck, oder PSA) erneute Kompression des Kohlendioxids für die Rückführung in die Synthesegas- und/oder Methanolerzeugung. Diese Schritte sind so aufwendig, daß das gewonnene Kohlendioxid zu teuer wird, als daß es noch wirtschaftlich sinnvoll rückgeführt werden könnte. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird daher als Abgas das bei der Züchtung von Mikroorganismen in einem mit sauerstoffangereicherter Luft begasten Kulturmedium gebildete Abgas verwendet. In diesem Fall ist der Kohlendioxidanteil im Abgas höher als in einem bei Luftbegasung entstehenden Abgas, so daß die Kohlendioxidabtrennung entsprechend einfacher und wirtschaftlicher wird.Basically it is possible to get carbon dioxide from the in the cultivation of microorganisms in a fumigated with air To use culture medium formed exhaust gas. To do this, however, the carbon dioxide would first have to be separated from the exhaust gas. If air is used for the fumigation, the exhaust gas consists mainly of nitrogen with small amounts of carbon dioxide, Oxygen etc .. For the separation of the highly diluted carbon dioxide from the remaining exhaust gas components (cf. gas balance according to Table II), however, a complex process is required, which essentially follows Steps include: compression of the exhaust gas, carbon dioxide separation (carbon dioxide scrubbing, regeneration of the carbon dioxide-containing Detergent and the production of a carbon dioxide-rich fraction under low pressure, or PSA) again Compression of the carbon dioxide for recycling in the synthesis gas and / or methanol production. These steps are so expensive that the carbon dioxide obtained is too expensive to be recycled economically could be. According to a preferred embodiment of the invention, the exhaust gas used in the cultivation of Microorganisms are used in an exhaust gas formed in a culture medium gassed with oxygen-enriched air. In In this case, the carbon dioxide content in the exhaust gas is higher than in an exhaust gas resulting from air gassing, so that the carbon dioxide separation is correspondingly easier and more economical.

Nach einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher von besonderem Vorteil, das Kulturmedium mit Sauerstoff zu begasen. Das entstehende Abgas besteht deshalb weitestgehend aus Kohlendioxid mit Beimengungen von Sauerstoff, Wasser, Stickstoff und Spuren von Methanol.According to another variant of the method according to the invention it is therefore of particular advantage to aerate the culture medium with oxygen. The resulting exhaust gas exists therefore largely from carbon dioxide with admixtures of oxygen, water, nitrogen and traces of methanol.

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1 Die Reinigung des Abgases gestaltet sich in diesem Fall besonders einfach. Wenn eine Reinigung des Kohlendioxids vorgesehen wird, besteht die Restgasfraktion im wesentlichen aus Sauerstoff mit geringen Mengen von Stickstoff. Dieses Gas1 In this case, the cleaning of the exhaust gas is special simple. If cleaning of the carbon dioxide is provided, the residual gas fraction consists essentially of Oxygen with small amounts of nitrogen. This gas

5 wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung mit Vorteil direkt zur Fermenterbegasung verwendet.According to a preferred embodiment, 5 is advantageously used directly for gassing the fermenter.

Tabelle IITable II Typisches FermenterabgasTypical fermenter waste gas

bei O2-Begasung bei Luft-Begasung mal* kmol/h* mol% kmol/h*with O 2 gassing with air gassing times * kmol / h * mol% kmol / h *

59,959.9 2,592.59 3,53.5 2,592.59 30,630.6 1,321.32 13,013.0 9,629.62 0,80.8 0,030.03 75,875.8 56,0956.09 200ppm200ppm 0,000 90.000 9 200ppm200ppm 0,0150.015 8,78.7 0,380.38 7,77.7 5,705.70

* bezogen auf die Produktion von 100 kg/h SCP, trocken Temperatur: 400C* based on the production of 100 kg / h SCP, dry temperature: 40 0 C

25 Da die Verwendung von Reinsauerstoff auch die Ausbeute an Sauerstoff erhöht, verbessert sich die Reinheit des Kohlendioxids im Abgas noch weiter gegenüber einer Begasung mit Luft.25 Since the use of pure oxygen also the yield increased in oxygen, the purity of the carbon dioxide in the exhaust gas is improved even further compared to fumigation with air.

3Q Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Abgas, das bei der Züchtung von Mikroorganismen in einem mit Sauerstoff begasten Kulturmedium gebildet wird, gereinigt werden. Die im Abgas enthaltenen Komponenten stören in der Synthesegaserzeugung im all-3Q According to a further embodiment of the invention Process can be the exhaust gas produced during the cultivation of microorganisms in a culture medium gassed with oxygen is formed, cleaned. The components contained in the exhaust gas interfere in the synthesis gas generation in general

35 gemeinen nicht. Im Abgas vorhandene Spuren von Verun-35 mean not. Traces of pollution in the exhaust

Form. 5729 7.78Shape. 5729 7.78

reinigungen, beispielsweise Chlor, können jedoch z.B. durch Chemisorption entfernt werden. Falls gewünscht, kann das Abgas noch weiter gereinigt werden, z.B. gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in einer PSA-Anlage. Auf diese Weise kann relativ einfach ein praktisch 100% reines, feuchtes Kohlendioxid für die Rückführung zur Synthesegaserzeugung und/oder Methanolerzeugung gewonnen werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Abgas durch eine Gaswäsche gereinigt werden. Wie bereits erwähnt, kann die Restgasfraktion direktzur Fermenterbegasung verwendet werden.However, cleaning agents such as chlorine can be removed by chemisorption, for example. If desired, the exhaust gas can be cleaned even further, e.g. according to a further embodiment of the invention in a PSA system. In this way, a practically 100% pure, moist carbon dioxide can relatively easily be recycled for synthesis gas production and / or methanol production are obtained. In a further advantageous embodiment According to the invention, the exhaust gas can be cleaned by gas scrubbing. As already mentioned, the residual gas fraction can be used directly for fermenter aeration.

Nach einer vorteilhaften Variante der Erfindung wird das Kohlendioxid vorgewärmt und den der Synthesegaserzeugungsstufe zugeführten Kohlenwasserstoffen zugemischt.According to an advantageous variant of the invention the carbon dioxide is preheated and that of the synthesis gas generation stage added hydrocarbons mixed.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Kohlendioxid in den Rohstoff vor der Synthesegaserzeugungsstufe und/oder in das Synthesegas nach der Synthesegaserzeugungsstufe zugemischt. Diese Maßnahme ermöglicht eine besonders flexible Anpassung an bestehende Anlagen für Methanolerzeugung.In a further embodiment of the invention, the carbon dioxide is in the raw material before the synthesis gas generation stage and / or in the synthesis gas after the synthesis gas generation stage mixed in. This measure enables a particularly flexible adaptation to existing systems for methanol production.

Als Synhtesegaserzeugungsstufe wird nach einem anderen vorteilhaften Merkmal der Erfindung bevorzugt eine Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen verwendet. Als Kohlenwasserstoff-Rohstoff für die Synthesegaserzeugung kann mit Vorteil Methan oder Erdgas verwendet werden.According to another advantageous feature of the invention, steam reforming is preferred as the synthesis gas generation stage used by hydrocarbons. As a hydrocarbon raw material Methane or natural gas can advantageously be used to generate synthesis gas.

Im folgenden soll anhand einer schematischen Skizze ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert werden.In the following, an exemplary embodiment of the invention will be explained with the aid of a schematic sketch.

In der Skizze ist ein Fließschema schematisch dargestellt. Mit Bezugszeichen 1 ist ein Steam-Reformer bezeichnet/ dem über eine Leitung 4 Erdgas und Wasserdampf zugeführtA flow diagram is shown schematically in the sketch. Reference number 1 denotes a steam reformer / which is supplied via a line 4 with natural gas and steam

Form. 5729 7.78Shape. 5729 7.78

werden. Das im Steam-Reformer 1 gebildete Methanolsynthesegas (Kohlenmonoxid und Wasserstoff) wird nachfolgend zu Methanol synthetisiert (Bezugszeichen 2). Das Methanol wird in einen Fermenter 3 eingeleitet, in dem sich ein wäßriges Kulturmedium befindet. Dem Fermenter 3 werden über nichtdargestellte Leitungen Sauerstoff zur Begasung des Kulturmediums sowie Nährsalze zugeführt. Im Fermenter werden Hefen kultiviert. Das beim Wachstum der Hefen gebildete Abgas wird aus dem Fermenter 3 abgezogen. Da das Kulturmedium mit reinem Sauerstoff begast wird, besteht das abströmende Abgas weitestgehend aus Kohlendioxid mit geringen Beimengungen von Sauerstoff, Wasser, Stickstoff und Spuren von Methanol. Daher ist es nicht erforderlich, das Kohlendioxid aus dem Abgas abzutrennen. Vielmehr muß das kohlendioxidreiche Abgas lediglich mittels eines Kompressors 8, dem es über eine Leitung 7 zugeführt wird, verdichtet werden. Nachfolgend wird das Abgas in den Steam-Reformer 1 - in der Regel zusammen mit dem Einsatz - eingeleitet.will. The methanol synthesis gas formed in the steam reformer 1 (Carbon monoxide and hydrogen) is subsequently synthesized to methanol (reference number 2). The methanol will introduced into a fermenter 3 in which there is an aqueous culture medium. The fermenter 3 are not shown Lines are supplied with oxygen for gassing the culture medium and nutrient salts. Yeasts are made in the fermenter cultivated. The exhaust gas formed during the growth of the yeast is drawn off from the fermenter 3. As the culture medium is fumigated with pure oxygen, the exhaust gas flowing out consists largely of carbon dioxide with low levels Additions of oxygen, water, nitrogen and traces of methanol. Therefore it is not necessary to use the carbon dioxide to be separated from the exhaust gas. Rather, the carbon dioxide-rich exhaust gas only has to be by means of a compressor 8, to which it is fed via a line 7, be compressed. The exhaust gas is then fed into the steam reformer 1 - usually together with the mission - initiated.

Die in den drei Stufen ablaufenden Prozesse können durch die folgenden typischen Reaktionsgleichungen wiedergegeben werden:The processes occurring in the three stages can be represented by the following typical reaction equations will:

Steam-Reformer:
25
Steam reformer :
25th

CH4 + H2O + (CO2) = CO + 3 H2 + (CO2).CH 4 + H 2 O + (CO 2 ) = CO + 3 H 2 + (CO 2 ).

Das rückgeführte Kohlendioxid dient dabei dazu, die Bildung von Kohlendioxid aus Erdgas und Wasser zu reduzieren.The recycled carbon dioxide serves to reduce the formation of carbon dioxide from natural gas and water.

Methanolsynthese: Methanol synthesis:

CO + 2 H2 = CH3 OHCO + 2 H 2 = CH 3 OH

Form. 5729 7.7BShape. 5729 7.7B

SCP-Produktion: SCP production :

χ CH3 OH + y O2 + ζ NH3 + Salze = a SCP + b CO2 +CH3Oχ CH 3 OH + y O 2 + ζ NH 3 + salts = a SCP + b CO 2 + CH 3 O

Typische Werte von a, b, χ, y, ζ sind (typische Zusammensetzung von SCP laut E. Klug, Annual Report on Fermentation Processes, Academic Press, New York, Band 3, Seiten 141 bis 145):Typical values of a, b, χ, y, ζ are (typical composition by SCP according to E. Klug, Annual Report on Fermentation Processes, Academic Press, New York, Volume 3, pages 141 up to 145):

Tabelle IIITable III HefenYeasts Bakterienbacteria 7,5 kmol7.5 kmol XX 6,4 kmol6.4 kmol 7,0 kmol7.0 kmol yy 5,4 kmol5.4 kmol 0,6 kmol0.6 kmol ZZ 1,0 kmol1.0 kmol 1 kmol1 kmol aa 1 kmol1 kmol 3,5 kmol3.5 kmol bb 2,4 kmol2.4 kmol

Werden Hefen als Mikroorganismen eingesetzt, so ist die im Abgas enthaltene Kohlendioxidmenge der Menge ähnlich, die sinnvoll zum Steam-Reformer zurückzuführen ist. überschüssiges Kohlendioxid kann aus der Anlage über Leitung 6 abgezogen werden. Gegebenenfalls kann aber auch im Überschuß gebildetes Kohlendioxid in den Steam-Reformer geführt werden. Wird in dieser Verfahrensvariante mehr Methanol synthetisiert, als im Fermenter verwertet werden kann, so kann Methanol aus der Anlage über Leitung 9 entnommen werden.If yeasts are used as microorganisms, the amount of carbon dioxide contained in the exhaust gas is similar to the amount which can be traced back to the steam reformer. Excess carbon dioxide can be drawn off from the system via line 6. However, if necessary carbon dioxide formed in excess can also be fed into the steam reformer. Is used in this variant of the procedure If more methanol is synthesized than can be used in the fermenter, methanol can be extracted from the plant via pipe 9 can be taken.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß durch die Verwendung des Abgases eines mit Sauerstoff bzw. sauerstoffangereicherter Luft begasten Fermenters die Ausbeute des für die Methanolherstellung verwendeten Erdgases erhöht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichtIn summary, it can be stated that by using the exhaust gas one with oxygen or oxygen-enriched Air gassed fermenters the yield of the natural gas used for the methanol production is increased. The method according to the invention enables

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es insbesondere, die Vorteile der Züchtung von Hefen zu nutzen und zugleich deren Nachteil, nämlich die schlechtere Ausnutzung der Kohlenstoffquelle, zu vermeiden.it is particularly important to use the advantages of growing yeasts and at the same time their disadvantage, namely the worse Avoid exploiting the carbon source.

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Claims (1)

(H 1482) H 84/31 (H 1482) H 84/31 Hm/ fl 12.3.1984Hm / fl 12.3.1984 PatentansprücheClaims 1. Verfahren zur Herstellung proteinhaltigen Materials durch Züchten von Mikroorganismen in einem Kulturmedium unter aeroben Bedingungen auf der Basis von Methanol, das durch Synthese aus einem Synthesegas hergestellt wird, das Wasserstoff im Überschuß enthält, wobei die gezüchtete Biomasse abgetrennt und als Einzellerprotein gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlendioxid aus dem bei der Züchtung der Mikroorganismen gebildeten Abgas in das Synthesegas oder in die Synthesegaserzeugungsstufe rückgeleitet wird.1. Process for the production of proteinaceous material by growing microorganisms in a culture medium under aerobic conditions based on methanol, which is produced by synthesis from a synthesis gas containing excess hydrogen, the cultured Biomass is separated and obtained as a single-cell protein, characterized in that carbon dioxide from the exhaust gas formed during the cultivation of the microorganisms into the synthesis gas or into the synthesis gas generation stage is returned. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mikroorganismen Hefen verwendet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that yeasts are used as microorganisms. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Abgas das bei der Züchtung von Mikroorganismen in einem mit sauerstoff-angereicherter Luft begasten Kulturmedium gebildete Abgas verwendet wird.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized characterized in that the exhaust gas used in the cultivation of microorganisms in one with oxygen-enriched Air-fumigated culture medium formed exhaust gas is used. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized Form. 5729 7.78Shape. 5729 7.78 gekennzeichnet, daß das bei der Züchtung von Mikroorga-characterized that in the breeding of microorganisms diethe nismen in einem mit Sauerstoff begasten Kulturmedium gebildete Abgas direkt in Synthesegaserzeugungsstufe oder/ und das Synthesegas rückgeleitet wird. 5nisms formed in a culture medium gassed with oxygen Exhaust gas is fed back directly into the synthesis gas generation stage and / or the synthesis gas. 5 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas gereinigt wird.5. The method according to claim 4, characterized in that the exhaust gas is cleaned. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas durch Chemisorption gereinigt wird.6. The method according to claim 5, characterized in that the exhaust gas is cleaned by chemisorption. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas einer psa (pressure-swingadsorption)-Behandlung unterzogen wird.7. The method according to any one of claims 5 or 6, characterized characterized in that the exhaust gas is subjected to a psa (pressure swing adsorption) treatment. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas durch eine Gaswäsche gereinigt wird.8. The method according to any one of claims 5 or 6, characterized in that the exhaust gas through a gas scrubber is cleaned. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Restgas aus der Kohlendioxidreinigung für die Begasung des Kulturmediums verwendet wird.9. The method according to any one of claims 7 or 8, characterized characterized in that the residual gas from the carbon dioxide cleaning is used for gassing the culture medium will. 2510. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlendioxid vorgewärmt und den der Synthesegaserzeugungsstufe zugeführten Kohlenwasserstoffen zugemischt wird.2510. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized characterized in that the carbon dioxide is preheated and the hydrocarbons fed to the synthesis gas generation stage is admixed. 3O11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlendioxid dem Rohstoff vor der Synthesegaserzeugungsstufe und/oder dem Synthesegas nach der Synthesegaserzeugungsstufe zugemischt wird.3O11. Method according to one of Claims 1 to 10, characterized characterized in that the carbon dioxide is added to the raw material before the synthesis gas generation stage and / or the synthesis gas is admixed after the synthesis gas generation stage. Form. 5729 7.78Shape. 5729 7.78 1 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Synthesegaserzeugungsstufe eine Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen verwendet wird.1 12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the synthesis gas generation stage steam reforming of hydrocarbons is used. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenwasserstoff-Rohstoff für die Synthesegaserzeugung Methan oder Erdgas verwendet wird. 1013. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized characterized in that methane or natural gas is used as a hydrocarbon raw material for the production of synthesis gas will. 10 Form. 5729 7.78Shape. 5729 7.78
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