RU2769433C1 - Installation for obtaining feed biomass from natural gas - Google Patents
Installation for obtaining feed biomass from natural gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2769433C1 RU2769433C1 RU2021109242A RU2021109242A RU2769433C1 RU 2769433 C1 RU2769433 C1 RU 2769433C1 RU 2021109242 A RU2021109242 A RU 2021109242A RU 2021109242 A RU2021109242 A RU 2021109242A RU 2769433 C1 RU2769433 C1 RU 2769433C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fermenter
- jet
- installation
- gas
- fermenters
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
- C12M1/04—Apparatus for enzymology or microbiology with gas introduction means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
- C12M1/34—Measuring or testing with condition measuring or sensing means, e.g. colony counters
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к установкам для выращивания микроорганизмов и может найти применение при выращивании микроорганизмов на природном газе.The invention relates to the microbiological industry, namely to plants for growing microorganisms and can be used in growing microorganisms on natural gas.
Предшествующий уровень техникиPrior Art
Для крупнотоннажного производства кормового белка (БВК) из природного газа во всем мире в основном используются два типа аппаратов это петлевые и струйные ферментеры.For large-scale production of feed protein (FRP) from natural gas, two types of apparatus are mainly used worldwide: loop and jet fermenters.
Известна заявка WO 2010/069313 «Аппарат для выращивания микроорганизмов», патент США № 6.492.135 «Ферментер с U-образной формой и/или соплом с U-образной петлей и способ проведения процесса ферментации» и патент США № 10.184.103 «U-образная форма и/или сопло Ферментер с U-образной петлей и способ ферментации». Предлагаемые аппараты выполнены в виде петлевых ферментеров имеют довольно простую конструкцию в виде вертикальной петли образованной двумя контурами - восходящим и нисходящим контурами газожидкостного потока. Known application WO 2010/069313 "Apparatus for growing microorganisms", US patent No. 6.492.135 "Fermenter with a U-shaped and / or nozzle with a U-shaped loop and a method for carrying out the fermentation process" and US patent No. 10.184.103 "U -shape and/or Nozzle U-Loop Fermenter and Fermentation Method. The proposed devices are made in the form of loop fermenters and have a fairly simple design in the form of a vertical loop formed by two circuits - ascending and descending circuits of the gas-liquid flow.
Известны патенты на изобретение СССР № 1613484 «Аппарат для выращивания микроорганизмов», патент СССР № 1271061 «Аппарат для выращивания микроорганизмов» и патент СССР № 745930 «Установка для выращивания микроорганизмов», предлагаемые аппараты струйные и быть могут оснащены аэраторами (эжекторами) сливного типа.Known patents for the invention of the USSR No. 1613484 "Apparatus for growing microorganisms", the USSR patent No. 1271061 "Apparatus for growing microorganisms" and the USSR patent No. 745930 "Installation for growing microorganisms", the proposed devices are jet and can be equipped with aerators (ejectors) drain type.
Метан в смеси с воздухом способен образовывать взрывоопасные смеси. Газовоздушная смесь, в которой содержится газа меньше нижнего предела воспламеняемости, не горит и не взрывается. Смесь, в которой содержание природного газа больше верхнего предела воспламеняемости, можно заставить гореть в свободном факеле, поджигая струю этой смеси при ее истечении в атмосферу воздуха, но в замкнутом объеме такая смесь не горит и не взрывоопасна. Пределы взрываемости метанокисляющих смесей, забаллостированных инертными газами, приведены на треугольной диаграмме Гиббса-Розебума (рисунок 1).Methane mixed with air can form explosive mixtures. An air-gas mixture containing less than the lower flammable limit will not burn or explode. A mixture in which the content of natural gas is greater than the upper limit of flammability can be made to burn in a free flame by igniting a jet of this mixture as it flows into the atmosphere, but in a closed volume such a mixture does not burn and is not explosive. The explosive limits of methane-oxidizing mixtures ballosted with inert gases are shown on the triangular Gibbs-Rozeboom diagram (Figure 1).
Недостатком вышеописанных устройств является то, что для работы петлевых ферментеров разработчики технологии выбрали область безопасной работы системы горючее-окислитель-инертный компонент область концентраций, находящуюся выше линии МА, с максимальной концентрацией метана 6%. Таким образом, при избытке кислорода процесс культивирования в данном случае всегда ведется при лимите природного газа и скорость роста метанокисляющих микроорганизмов лимитируется скоростью растворения метана. Отработанная газовоздушная смесь с содержанием метана до 3% выбрасывается в атмосферу, что не позволяет достигнуть высокой степени утилизации природного газа и способствует загрязнению окружающей среды.The disadvantage of the above devices is that for the operation of loop fermenters, the technology developers have chosen the region of safe operation of the fuel-oxidizer-inert component system, the concentration region located above the MA line, with a maximum methane concentration of 6%. Thus, with an excess of oxygen, the cultivation process in this case is always carried out at the limit of natural gas, and the growth rate of methane-oxidizing microorganisms is limited by the rate of methane dissolution. The exhaust gas-air mixture with a methane content of up to 3% is released into the atmosphere, which does not allow achieving a high degree of natural gas utilization and contributes to environmental pollution.
В противоположность этому при работе на струйных аппаратах область безопасной работы находится ниже линии МБ, но область безопасной работы, во избежание любых нештатных ситуаций и неполадок, ограничивают 8-ю % кислорода во всем диапазоне ниже линии ГВ. Таким образом, при избытке метана процесс культивирования в данном случае всегда ведется при лимите кислорода и скорость роста метанокисляющих микроорганизмов лимитируется скоростью растворения кислорода. Отработанная газовоздушная смесь с содержанием природного газа до 30%, кислорода 8% (остальное азот и диоксид углерода) поступает на стадию сушки в качестве топлива или котлы-утилизаторы. In contrast, when working on jet devices, the safe operating area is below the MB line, but the safe operating area, in order to avoid any emergency situations and malfunctions, is limited to 8% oxygen in the entire range below the GW line. Thus, with an excess of methane, the cultivation process in this case is always carried out at a limit of oxygen, and the growth rate of methane-oxidizing microorganisms is limited by the rate of oxygen dissolution. The exhaust gas-air mixture with a natural gas content of up to 30%,
Таким образом, недостатком работы этих аппаратов является то, что в обоих случаях один из компонентов газовой смеси находится в лимите, а на другой тратится неоправданно большое количество энергии на его растворение, но потребление которого лимитирует другой компонент.Thus, the disadvantage of the operation of these devices is that in both cases one of the components of the gas mixture is in the limit, and an unreasonably large amount of energy is spent on the other to dissolve it, but the consumption of which is limited by the other component.
В 80-е и начале 90-х годов прошлого века в СССР для крупнотоннажного производства кормового белка использовали технологии при работе на воздухе и на чистом кислороде под давлением. Если при работе на воздухе процесс ферментации шел достаточно стабильно во всем диапазоне рабочего давления, то при работе на чистом кислороде при достижении парциального давления диоксида углерода порядка 1атм процесс ферментации ухудшался, а при дальнейшем увеличении парциального давления диоксида углерода резко падал. Это связано с ингибирующими свойствами диоксида углерода нарост микроорганизмов. In the 80s and early 90s of the last century in the USSR, for large-scale production of feed protein, technologies were used when working in air and on pure oxygen under pressure. If, when working in air, the fermentation process was quite stable over the entire range of operating pressure, then when working on pure oxygen, when the partial pressure of carbon dioxide reached about 1 atm, the fermentation process worsened, and with a further increase in the partial pressure of carbon dioxide, it dropped sharply. This is due to the inhibitory properties of carbon dioxide on the growth of microorganisms.
В своё время были предложены технические решения очистки от диоксида углерода, например, по авторскому свидетельству СССР №1306942, которое было реализовано на Светлоярском заводе БВК.At one time, technical solutions for cleaning from carbon dioxide were proposed, for example, according to the USSR author's certificate No. 1306942, which was implemented at the Svetloyarsk BVK plant.
Недостатком струйных аппаратов, используемых в Советском Союзе, являлась работа аппаратов при низких концентрациях кислорода в газовой фазе, которая обуславливалась безопасностью ведения технологического процесса и не обеспечивала высокие массообменные параметры ферментеров, в виду того, что система ферментер – трубопроводы – горелка сушилки или котла-утилизатора не является замкнутым объемом и, что при нештатном режиме работы горелки в случае работы при концентрации кислорода в газовой фазе более 12%, пламя от горелки по трубопроводу может распространиться в ферментер и взрыв газовой фазы будет неизбежен.The disadvantage of the jet apparatus used in the Soviet Union was the operation of the apparatus at low oxygen concentrations in the gas phase, which was determined by the safety of the technological process and did not provide high mass transfer parameters of the fermenters, in view of the fact that the system fermenter - pipelines - burner of the dryer or waste heat boiler is not a closed volume and that during abnormal operation of the burner in the case of operation at an oxygen concentration in the gas phase of more than 12%, the flame from the burner through the pipeline can spread to the fermenter and an explosion of the gas phase will be inevitable.
Задачей предлагаемого изобретения является создание установки для получения кормовой биомассы из природного газа, обеспечивающей увеличение производительности ферментеров, входящих в установку, снижении энергозатрат на единицу готовой продукции и увеличение степени использования компонентов газовой среды (природного газа и кислорода), обеспечение полностью замкнутого цикла использования технологической воды.The objective of the invention is to create a plant for producing fodder biomass from natural gas, providing an increase in the productivity of the fermenters included in the installation, reducing energy costs per unit of finished product and increasing the degree of use of the components of the gaseous medium (natural gas and oxygen), providing a completely closed cycle for the use of process water .
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в увеличении производительности ферментеров, входящих в установку, снижении энергозатрат на единицу готовой продукции и увеличение степени использования компонентов газовой среды (природного газа и кислорода), обеспечение полностью замкнутого цикла использования технологической воды.The technical result achieved by the invention is to increase the productivity of the fermenters included in the installation, reduce energy costs per unit of finished product and increase the degree of use of the components of the gaseous medium (natural gas and oxygen), ensuring a completely closed cycle for the use of process water.
Данный технический результат достигается тем, что установка для выращивания микроорганизмов состоит из двух и более последовательно установленных ферментеров, причем, система газообеспечения установки выполнена таким образом, что все газовые компоненты питательной среды (природный газ и кислород), рассчитанные на всю установку, подаются в первый ферментер через штуцера подачи кислорода и природного газа, установленные на контуре рециркуляции газовой фазы, а отработанная газовая смесь из предыдущего ферментера подается в последующий по трубопроводу в контур рециркуляции газовой фазы последующего ферментера, а последний ферментер имеет штуцер выхода отработанной газовой смеси в боокислитель, который работает под тем же давлением, что и ферментеры. Между ферментерами в линии газообеспечения устанавливается система очистки от диоксида углерода, которая может быть основана на сорбции диоксида углерода холодной водой, щелочным раствором или этаноламинами. Вывод отработанной газовой смеси из установки может осуществляться только из биоокислителя на утилизацию в котлы-утилизаторы или на сушилку в качестве низкокалорийного топлива, а может возвращаться полностью в первый ферментер. Штуцера подачи газовой смеси из предыдущего ферментера в последующий подключены к контуру рециркуляции газовой фазы последующего ферментера. Ввод всей технологической воды и биологически очищенной воды в установку также осуществляется в первый ферментер, при этом переток культуральной жидкости из первого ферментера в последний осуществляется последовательно циркуляционными насосами, а отбор культуральной жидкости из установки осуществляется только из последнего ферментера на стадию сеперации, где происходит сгущение культуральной жидкости и подача сгущенной биомассы на плазмолиз и сушку гототового продукта, а отработанная культуральная жидкость подается в биоокислитель. Каждый ферментер содержит корпус с технологическими патрубками подачи растворов минеральных солей, титрующих агентов, струйный аэратор, расположенный вертикально в верхней части корпуса и подключенный к системе рециркуляции жидкой фазы, причем система включает теплообменник, побудитель расхода жидкости и трубопроводы, выполненные с возможностью отвода жидкой фазы из нижней части корпуса и подачи ее через струйный аэратор в верхнюю часть корпуса, и трубопровод, соединяющий боковую сторону корпуса с верхней частью корпуса аэратора для обеспечения рециркуляции газовой фазы. Биоокислитель выполнен аналогично ферментерам, но имеет значительно меньшие массообменные характеристики. Узел биоокисления также включает вторичный отстойник, где происходит отстаивание микробной биомассы активного ила, которая частично подается на рециркуляцию и на центрифугирование с дальнейшей подачей её на сушку с получением дополнительного протеинового продукта, а биологически очищенная вода (БОВ) подается в первый ферментер.This technical result is achieved by the fact that the installation for growing microorganisms consists of two or more sequentially installed fermenters, and the gas supply system of the installation is designed in such a way that all gas components of the nutrient medium (natural gas and oxygen), designed for the entire installation, are fed into the first the fermenter through the oxygen and natural gas supply fittings installed on the gas phase recirculation circuit, and the exhaust gas mixture from the previous fermenter is fed into the next one through the pipeline into the gas phase recirculation circuit of the subsequent fermenter, and the last fermenter has a fitting for the exhaust gas mixture outlet to the booster, which operates under the same pressure as the fermenters. Between the fermenters in the gas supply line, a carbon dioxide purification system is installed, which can be based on the sorption of carbon dioxide with cold water, alkaline solution or ethanolamines. The output of the exhaust gas mixture from the plant can only be carried out from the biooxidizer for disposal in waste heat boilers or to the dryer as a low-calorie fuel, or it can be completely returned to the first fermenter. The fittings for supplying the gas mixture from the previous fermenter to the next one are connected to the gas phase recirculation circuit of the subsequent fermenter. The input of all process water and biologically purified water into the plant is also carried out into the first fermenter, while the flow of cultural liquid from the first fermenter to the last one is carried out sequentially by circulation pumps, and the withdrawal of cultural liquid from the plant is carried out only from the last fermenter to the separation stage, where the cultural liquid is thickened. liquid and the supply of condensed biomass for plasmolysis and drying of the finished product, and the spent cultural liquid is fed into the biooxidizer. Each fermenter contains a housing with process pipes for supplying solutions of mineral salts, titrating agents, a jet aerator located vertically in the upper part of the housing and connected to a liquid phase recirculation system, the system including a heat exchanger, a liquid flow driver and pipelines designed to remove the liquid phase from the lower part of the housing and feeding it through the jet aerator to the upper part of the housing, and a pipeline connecting the side of the housing to the upper part of the aerator housing to ensure the recirculation of the gas phase. The biooxidizer is made similar to fermenters, but has significantly lower mass transfer characteristics. The bio-oxidation unit also includes a secondary settling tank, where the microbial biomass of activated sludge is settled, which is partially fed to recirculation and centrifugation with its further supply for drying to obtain an additional protein product, and biologically purified water (BWA) is fed to the first fermenter.
Описание изобретенияDescription of the invention
На фиг. 1 изображена диаграмма Гиббса – Розебума.In FIG. 1 shows a Gibbs-Roseboom diagram.
На фиг. 2 изображена схема работы и элементов установки для получения кормовой биомассы.In FIG. 2 shows a diagram of the operation and elements of the installation for obtaining fodder biomass.
Установка для получения кормовой биомассы 1из природного газа (см. фиг. 2) состоит из двух и более последовательно установленных ферментеров 2, каждый ферментер включает корпус 3, струйный аэратор 4, подключенный к системе рециркуляции жидкой фазы 5, которая включает теплообменник 6, побудитель расхода жидкости 7 и трубопровод 8. Внутри корпуса 3 в нижней его части соосно установлен отбойник 9 в виде конуса, направленного вверх. Так же струйный аэратор 4 подключен к системе рециркуляции газовой фазы трубопроводом 10. Ввод всех элементов газового питания (кислорода и природного газа) в установку предусмотрен на трубопроводе рециркуляции газовой фазы первого ферментера по ходу движения газовой фазы через штуцера 11 и 12. На всасывающей линии побудителя расхода жидкости7 установлен штуцер подачи питательных солей 13, технологической воды 14 и титрующего раствора 15, в верхней крышке корпуса последнего ферментера предусмотрен штуцер отвода отработанной газовой смеси 16. В нижней точке каждого ферментера на трубопроводе 8 установлен штуцер для слива и отбора культуральной жидкости 17. Штуцер отбора газовой смеси 18 из предыдущего ферментера в последующий по трубопроводу 19 подключен к контуру рециркуляции газовой фазы последующего ферментера. На трубопроводе 19 между ферментерами установлена система очистки от диоксида углерода37. Биоокислитель 20 по своей конструкции аналогичен ферментерам. Так же в установку входит сепаратор 21, плазмолизатор 22, сушилка 23 и трубопроводы 24, 25 и 26. В состав оборудования для биологической очистки входят вторичный отстойник 27, центрифуга 28, сушилка 29, трубопроводы 30, 31, 32, 33 и 34. Для вывода отработанной газо-кислородной смеси из боокислителя предусмотрены трубопроводы 35 и 36.The installation for obtaining
Установка для получения кормовой биомассы работает следующим образом.Installation for fodder biomass works as follows.
В каждом из ферментеров 2 (Ф--1, Ф-2, Ф-3) в установке для получения кормовой биомассы 1 из природного газа побудитель расхода жидкости (циркуляционный насос)7 забирает из-под отбойника в виде конуса 9 культуральную жидкость по трубопроводу 8 и подает её через теплообменник 6, где происходит термостатирование, по системе рециркуляции жидкой фазы (трубопроводу) 5 в струйный аэратор 4. За счет падения жидкостной струи в аэраторе 4 происходит подсос газовой фазы из верхней части корпуса ферментера 2 по трубопроводу 10. Газожидкостная смесь из струйного аэратора 4 с большой скоростью падает на поверхность жидкости и за счет высокой потенциальной энергии пробивает весь слой до отбойника 9. Происходит интенсивное перемешивание газожидкостной смеси и интенсивный массообмен между газовыми потоками и культуральной средой. Отразившись от отбойника 9 газожидкостная смесь поднимается вверх, где вновь засасывается падающей струей и вновь направляется вниз. Часть газожидкостной смеси из корпуса 3 подсасывается побудителем расхода жидкости (циркуляционным насосом) 7 под отбойник 9, где происходит частичная дегазация культуральной жидкости. Ввод питательных солей, технологической воды и титрующего агента осуществляется через штуцера 13, 14 и 15. Отбор культуральной жидкости на сепарацию осуществляется из последнего ферментера 2 по трубопроводу 24. Слив ферментеров 2 осуществляется через штуцер (штуцер для слива и отбора культуральной жидкости) 17. Ввод кислорода и природного газа, необходимых для всей установки производится через штуцера 11 и 12, которые установлены на трубопроводе10 ферментера 2 (Ф-1) по ходу движения газовой фазы в установке. Газовая смесь из каждого предыдущего ферментера 2 поступает в последующий через штуцер 18 по трубопроводу 19 в трубопровод 10 последующего ферментера 2, за исключением последнего ферментера 2 (Ф-3), из которого газовая фаза через штуцер 16 направляется в биоокислитель 20. На трубопроводе 19 между ферментерами в линии газообеспечения, установлена система очистки от диоксида углерода 37, которая может быть основана на сорбции диоксида углерода холодной водой, щелочным раствором или этаноламинамии которая позволяет на 90-95% очистить газовую смесь от диоксида углерода. Количество ферментеров, которое необходимо установить в установке, рассчитывается заранее исходя из требования по содержанию остаточных количеств метана, кислорода и углекислого газа на выходе из установки, необходимых для безопасной работы установки. Поступившая на сепаратор 21 культуральная жидкость под действием центробежных сил сгущается до концентрации сухих веществ 18-20%. Сгущенная биомасса по трубопроводу 25 поступает в плазмолизатор 22, где инактивируется при температуре 130оС. Отработанная культуральная жидкость по трубопроводу 26 поступает в биоокислитель 20. Из плазмолизатора 22 биомасса по трубопроводу 26 поступает на распылительную сушилку 23, где высушивается до влажности готового продукта не более 10%. Отработанная культуральная жидкость, поступившая в биоокислитель 20 (БО), подвергается очистке активным илом до требуемых значений по возврату её на ферментацию. Кислородом для процесса биоокисления служит отработанная газовая смесь из последнего ферментера 2 (Ф-3). Из биоокислителя20 суспензия активного ила направляется во вторичный отстойник 27. Осветленная биологически очищенная вода (БОВ) по трубопроводу 33 поступает в первый ферментер 2 (Ф-1) в качестве технологической воды, а сгущенная суспензия идет на рециркуляцию активного ила по трубопроводу 31 в биоокислитель 20 и по трубопроводу 30 на центрифугу 28, где происходит его дальнейшее сгущение до 50-60%. Сгущенный ил по трубопроводу 34 поступает в сушилку 29, где высушивается до влажности 8-10%, и который также можно использовать в качестве протеинового корма, а осветленная жидкость по трубопроводу 32 поступает во вторичный отстойник 27. Отработанная газовоздушная смесь с содержанием кислорода не более 12% и содержанием метана до 70% из боокислителя 20 через штуцер 16 отводится по трубопроводу 35 в систему утилизации в котлах-утилизаторах (на схеме не показаны) или сушилку 23, или по трубопроводу 36 возвращается в первый ферментер 2 (Ф-1). Поскольку природный газ содержит гомологи метана и другие примеси, которые не могут быть использованы метанокисляющими микроорганизмами, а технический кислород может также содержать аналогичные примеси, при замкнутой системе газообеспечения эти примеси могут накапливаться, о чем будут свидетельствовать газоанализаторы и тогда необходимо будет произвести сброс газовой фазы установки в систему утилизации (на схеме не показано).In each of the fermenters 2 (F--1, F-2, F-3) in the installation for obtaining
Пример работы установки для выращиваниямикроорганизмов на природном газеAn example of the operation of a plant for growing microorganisms on natural gas
Исходные данныеInitial data
Расходные коэффициенты (принимаем средние значения): Expenditure coefficients (we take average values):
αCH4 = 1,3 кг CH4 /кг АСВ или 1,83 нм3/ кг АСВα CH4 \u003d 1.3 kg CH 4 / kg DIA or 1.83 nm 3 / kg DIA
αO2 = 3,7 кг О2 / кг АСВ или 2,58 нм3/ кг АСВα O2 \u003d 3.7 kg O 2 / kg DIA or 2.58 nm 3 / kg DIA
αCO2 = 1,7 кг СО2 / кг АСВ или 0,867 нм3/ кг АСВα CO2 = 1.7 kg CO 2 / kg DIA or 0.867 nm 3 / kg DIA
Плотности газов входящих в состав газовой смеси: Densities of gases included in the gas mixture:
ρСН4 = 0,71 кг/м3 ; ρО2 = 1,43 кг/м3 ; ρСО2 = 1,96 кг/м3 ; ρN2 = 1,25 кг/м3 ρ CH4 \u003d 0.71 kg / m 3 ; ρ O2 \u003d 1.43 kg / m 3 ; ρ CO2 \u003d 1.96 kg / m 3 ; ρ N2 \u003d 1.25 kg / m 3
Характеристики ферментеров, входящие в состав установки Characteristics of the fermenters included in the installation
Объем геометрический – 100 м3;Geometric volume - 100 m 3 ;
Рабочий объем – 70 м3;Working volume - 70 m 3 ;
Рабочее давление – 0,4 МПа;Working pressure - 0.4 MPa;
Количество ферментеров на установке – 3Number of fermenters at the plant - 3
Количество биоокислителей - 1Number of bio-oxidants - 1
Объемный коэффициент массопередачи ферментеров – 1500 ч-1;Volumetric mass transfer coefficient of fermenters - 1500 h -1 ;
Скорость роста метанокисляющей культуры – 4 часа.The growth rate of the methane-oxidizing culture is 4 hours.
В установку непрерывно подаем:We continuously feed into the installation:
- кислород 3000 нм3/ч;- oxygen 3000 nm 3 /h;
- метан 4000 нм3/ч;- methane 4000 nm 3 /h;
При этом начальная концентрация кислорода составит 42,85%, а метана - 57,15%.In this case, the initial concentration of oxygen will be 42.85%, and methane - 57.15%.
Принимаем, что коэффициент использования кислорода будет составлять 50% в каждом ферментере.We assume that the oxygen utilization factor will be 50% in each fermenter.
Основные параметры работы установки представлены в таблице 1. The main parameters of the installation are presented in Table 1.
Количество кислорода, пошедшее на процесс биоокисления, рассчитывали по уравнению:The amount of oxygen used for the biooxidation process was calculated using the equation:
QO2 потр. = α (БПКвх – БПКвых) х Qж, (1)Q O2 cons. = α (BOD in – BOD out ) x Q W , (1)
где α – коэффициент дыхания (для нашего случая 1,5), БПКвх,БПКвых – биологическое потребления кислорода на входе и выходе из биоокислителя, соответственно, Qж– ОКЖ, м3/ч.where α is the respiration coefficient (for our case, 1.5), BOD in , BOD out are the biological oxygen consumption at the inlet and outlet of the biooxidizer, respectively, Q W - TLC, m 3 / h.
БПКвх = 1500 мг О2/л (по данным с действующей установки Светлоярского завода) БВК, БПКвых = 100 мг О2/л (по требованиям к качеству биологически очищенной воды для производства кормовой биомассы из природного газа), тогдаBOD in = 1500 mg O 2 /l (according to the data from the operating installation of the Svetloyarsky plant) BVK, BOD out = 100 mg O 2 / l (according to the quality requirements of biologically treated water for the production of fodder biomass from natural gas), then
QO2 потр. = 1,5 (1500 – 100) х 52,5 = 110,25 кг О2/ч.Q O2 cons. \u003d 1.5 (1500 - 100) x 52.5 \u003d 110.25 kg O 2 / h.
При этом степень использования кислорода по всей установке составляет 91,17% , метана - 100%, при полном его возврате из биоокислителя в первый ферментер. Концентрация диоксида углерода в отходящем газе 19,3% при давлении 0,4 МПа не приводит к ингибированию процесса биосинтеза метанокисляющих микроорганизмов. Кроме того, газовоздушная смесь выходящая из биоокислителя не взрыво-пожароопасна, а кислородо-метановая смесь в ферментерах также не взрывоопасна, т.к. находится в замкнутом объеме, куда ни искра ни открытое пламя попасть не могут.At the same time, the degree of oxygen utilization throughout the installation is 91.17%, methane - 100%, with its full return from the biooxidizer to the first fermenter. The concentration of carbon dioxide in the exhaust gas of 19.3% at a pressure of 0.4 MPa does not lead to inhibition of the process of biosynthesis of methane-oxidizing microorganisms. In addition, the gas-air mixture leaving the biooxidizer is not explosive and flammable, and the oxygen-methane mixture in the fermenters is also not explosive, because It is located in a closed volume, where neither a spark nor an open flame can reach.
Если рассматривать классический вариант получения микробной биомассы метанокисляющих микроорганизмов при равных условиях по массообмену, рабочему давлению и рабочему объему, то производительность ферментеров составитIf we consider the classical version of obtaining microbial biomass of methane-oxidizing microorganisms under equal conditions for mass transfer, working pressure and working volume, then the productivity of fermenters will be
Q = (КLa × Δ С) × Vраб / αO2, (2)Q \u003d (K La × Δ C) × V slave / α O2 , (2)
где КLa – объемный коэффициент массопередачи, ч-1; Δ С – движущая сила процесса массопередачи, мг/л; Vраб – рабочий объем ферментеров, м3.where K La is the volumetric mass transfer coefficient, h -1 ; Δ С is the driving force of the mass transfer process, mg/l; V slave - the working volume of the fermenters, m 3 .
Движущая сила процесса массопередачи определяется по уравнению:The driving force of the mass transfer process is determined by the equation:
Δ С = Сх – СР = (Р × Н × yО2 вых ) - Ср, (3) Δ C = CX - WITHR = (P × H × yO2 exit ) - WITHR, (3)
где Р – давление системы, кг/м2 , Н – константа Генри, атм-1 (для нашего случая примерно 29) , yО2 вых – объемная концентрация кислорода на выходе из аппарата, Ср – рабочая концентрация кислорода в жидкости, мг/л (для нашего случая примерно 1,0).where P is the pressure of the system, kg/m 2 , H is the Henry constant, atm -1 (for our case, approximately 29), y О2 out is the volume concentration of oxygen at the outlet of the apparatus, Ср is the working concentration of oxygen in the liquid, mg/ l (for our case, approximately 1.0).
Тогда: Δ С = (4 × 29 × 0,08) – 1,0 = 8,28 мг/л,Then: Δ C \u003d (4 × 29 × 0.08) - 1.0 \u003d 8.28 mg / l,
а Q = (1500 × 8,28)/1000 × 210 / 3,7 = 702,4 кг/ч.and Q \u003d (1500 × 8.28) / 1000 × 210 / 3.7 \u003d 702.4 kg / h.
Как видно из приведенных расчетов, предлагаемая схема выращивания микроорганизмов на природном газе обеспечивает производительность более чем на 40% большую, чем при классической схеме выращивания микроорганизмов. As can be seen from the above calculations, the proposed scheme for growing microorganisms on natural gas provides a productivity of more than 40% higher than with the classical scheme for growing microorganisms.
Предлагаемое техническое решение позволяют обеспечить безопасную работу, повысить производительность более чем в 1,4 раза и как следствие снизить энергозатраты на единицу готовой продукции, увеличить степени использования кислорода до 91% а метана до 100 % при полном его возврате из биоокислителя в первый ферментер и обеспечить полностью замкнутый цикл использования технологической воды. The proposed technical solution makes it possible to ensure safe operation, increase productivity by more than 1.4 times and, as a result, reduce energy costs per unit of finished product, increase the degree of oxygen use up to 91% and methane up to 100% with its full return from the biooxidizer to the first fermenter and ensure completely closed cycle of process water use.
Все вышеизложенное говорит о промышленной применимости предлагаемой установки для получения кормовой биомассы из природного газа.All of the above indicates the industrial applicability of the proposed plant for obtaining fodder biomass from natural gas.
Источники информации Information sources
1. IZ-Strahlfermentor.Techn.Inform.VEBChemieanlagenbaukombinat. Leipzig-Grimma, 1983.1. IZ-Strahlfermentor.Techn.Inform.VEBChemianlagenbaukombinat. Leipzig-Grimma, 1983.
2. У.Э. Виестур, А.М. Кузнецов, В,И, Савенков. Системы ферментации. Рига, «Зинатне», 1986.2. U.E. Viestur, A.M. Kuznetsov, V.I., Savenkov. fermentation systems. Riga, "Zinatne", 1986.
Перечень позицийList of positions
1. Установка для получения кормовой биомассы 1. Installation for obtaining fodder biomass
2. Ферментер (Ф-1, Ф-2, Ф-3)2. Fermenter (F-1, F-2, F-3)
3. Корпус ферментера, 3. Fermenter body,
4. Струйный аэратор 4. Jet aerator
5. Система рециркуляции жидкой фазы 5. Liquid phase recirculation system
6. Теплообменник 6. Heat exchanger
7. Побудитель расхода жидкости 7. Fluid flow stimulator
8. Трубопровод 8. Pipeline
9. Отбойник в виде конуса 9. Cone-shaped chipper
10. Трубопровод10. Pipeline
11. Штуцер движения газовой фазы11. Connection for the movement of the gas phase
12. Штуцер движения газовой фазы12. Connection for the movement of the gas phase
13. Штуцер подачи питательных солей 13. Nutrient salt supply fitting
14. Штуцер подачи технологической воды 14. Process water inlet
15. Штуцер подачи титрующего раствора 15. Titration solution inlet
16. Штуцер отвода отработанной газовой смеси 16. Exhaust gas outlet
17. Штуцер отбора культуральной жидкости 17. Union for the selection of cultural fluid
18. Штуцер отбора газовой смеси 18. Gas mixture selection fitting
19. Трубопровод 19. Pipeline
20. Биоокислитель20. Biooxidizer
21. Сепаратор 21. Separator
22. Плазмолизатор22. Plasma machine
23. Сушилка 23. Dryer
24. Трубопровод 24. Pipeline
25. Трубопровод25. Pipeline
26. Трубопровод26. Pipeline
27. Вторичный отстойник 27. Secondary clarifier
28. Центрифуга 28. Centrifuge
29. Сушилка 29. Dryer
30. Трубопровод 30. Pipeline
31. Трубопровод31. Pipeline
32. Трубопровод32. Pipeline
33. Трубопровод33. Pipeline
34. Трубопровод34. Pipeline
35. Трубопровод вывода отработанной газо-кислородной смеси 35. The pipeline for the output of the exhaust gas-oxygen mixture
36. Трубопровод вывода отработанной газо-кислородной смеси36. The pipeline for the output of the exhaust gas-oxygen mixture
37. Система очистки от диоксида углерода.37. Carbon dioxide purification system.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021109242A RU2769433C1 (en) | 2021-04-05 | 2021-04-05 | Installation for obtaining feed biomass from natural gas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021109242A RU2769433C1 (en) | 2021-04-05 | 2021-04-05 | Installation for obtaining feed biomass from natural gas |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2769433C1 true RU2769433C1 (en) | 2022-03-31 |
Family
ID=81075778
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021109242A RU2769433C1 (en) | 2021-04-05 | 2021-04-05 | Installation for obtaining feed biomass from natural gas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2769433C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2803553C1 (en) * | 2023-02-07 | 2023-09-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Оргнефтехим-Холдинг" | Method for producing biomass using natural gas and two-circuit circulation |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU745930A1 (en) * | 1977-02-23 | 1980-07-07 | Всесоюзный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ | Unit for culturing microorganisms |
US20140244543A1 (en) * | 2011-05-11 | 2014-08-28 | LifeYield, LLC | Computer-Implemented Optimization of Retirement Income Sourcing |
RU2580646C1 (en) * | 2015-08-03 | 2016-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ГИПРОБИОСИНТЕЗ" | Fermentation apparatus for methane-assimilating microorganisms |
RU2728193C1 (en) * | 2019-06-11 | 2020-07-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Биопрактика" (ООО "Биопрактика") | Fermenter and fermentation unit for continuous cultivation of microorganisms |
-
2021
- 2021-04-05 RU RU2021109242A patent/RU2769433C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU745930A1 (en) * | 1977-02-23 | 1980-07-07 | Всесоюзный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ | Unit for culturing microorganisms |
US20140244543A1 (en) * | 2011-05-11 | 2014-08-28 | LifeYield, LLC | Computer-Implemented Optimization of Retirement Income Sourcing |
RU2580646C1 (en) * | 2015-08-03 | 2016-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ГИПРОБИОСИНТЕЗ" | Fermentation apparatus for methane-assimilating microorganisms |
RU2728193C1 (en) * | 2019-06-11 | 2020-07-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Биопрактика" (ООО "Биопрактика") | Fermenter and fermentation unit for continuous cultivation of microorganisms |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2803553C1 (en) * | 2023-02-07 | 2023-09-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Оргнефтехим-Холдинг" | Method for producing biomass using natural gas and two-circuit circulation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5651890A (en) | Use of propane as stripper gas in anaerobic digestion of wastewaters | |
CN101585620B (en) | Method for comprehensively treating high salt content organic industrial wastewater | |
US20130295625A1 (en) | Apparatus and Method for Treating Organic Waste | |
US10179895B2 (en) | Device for fuel and chemical production from biomass-sequestered carbon dioxide and method therefor | |
CN108531221B (en) | Process method for co-processing industrial waste alkali liquid by using coal water slurry gasification furnace | |
US8501035B2 (en) | Absorption medium for removing acid gases from a fluid stream | |
CN103911197A (en) | Method for coproducing nanometer calcium carbonate by purifying methane | |
US5861046A (en) | Method of recovering energy, and a reactor therefor | |
US4069149A (en) | Continuous fermentation process and apparatus | |
RU2769433C1 (en) | Installation for obtaining feed biomass from natural gas | |
JP7119115B2 (en) | Acrolein reactor wastewater treatment method and apparatus | |
CN211198958U (en) | Garbage leachate low-energy-consumption full-quantification treatment system | |
CN112225275A (en) | Contain high-efficient evaporation plant of salt organic waste water and system | |
JP3804507B2 (en) | Biogasification method for organic waste | |
WO2010056461A2 (en) | Vertical shaft reactor systems | |
JP3781216B2 (en) | Anaerobic sludge digestion method and device enabling re-digestion of persistent organic substances in anaerobic digested sludge | |
US11772039B2 (en) | Gas treatment method and gas treatment apparatus | |
CN112624537A (en) | Method and system for decrement treatment of biochemical excess sludge | |
RU2766708C1 (en) | Reactor for aerobic biosynthesis and a method for obtaining microbial biomass of methane-oxidizing microorganisms in this reactor | |
JP2002361280A (en) | Alkaline waste water treating apparatus for reducing quantity of organic sludge and method for reducing quantity of organic sludge | |
CN114853165B (en) | Combined treatment method for distilled spirit vinasse with high rice hull content and high-concentration brewing wastewater | |
CN102039087A (en) | Method and device for conveying and pre-treating waste gas | |
US11655420B2 (en) | Methods for biological processing of hydrocarbon-containing substances and system for realization thereof | |
CN114853163B (en) | Synergistic treatment method for distilled spirit vinasse with high rice hull content and high-concentration brewing wastewater | |
SU1576498A1 (en) | Device for stabilization of waste water sediments |