RU2743581C1

RU2743581C1 - Fermentation plant for cultivation of methane-oxidizing bacteria methylococcus capsulatus

Info

Publication number: RU2743581C1
Application number: RU2020117876A
Authority: RU
Inventors: Владимир Михайлович Кочетков; Маргарита Витальевна Лалова; Вадим Михайлович Молчан; Павел Андреевич Нюньков
Original assignee: Ооо "Гипробиосинтез"
Priority date: 2020-05-19
Filing date: 2020-05-19
Publication date: 2021-02-20

Abstract

FIELD: biotechnology.SUBSTANCE: invention relates in particular to apparatus for the cultivation of biomass of methane-oxidizing microorganisms Methylococcus capsulatus. The fermentation plant for methane-oxidizing bacteria Methylococcus capsulatus contains a fermenter for carrying out aerobic cultivation processes, which has pipes for supplying gas and liquid technological streams, outlets of the obtained biomass and exhaust gas, elements for organizing flows inside the fermenter. As elements for organizing flows inside the fermenter, two bubble rings are installed. Natural gas is supplied through one of the bubble rings, and oxygen is supplied through the other. The installation additionally contains a storage tank for withdrawing the obtained biomass from the fermenter, and a gas separator connected to it with a gas equalization line, connected to a heat exchanger and a centrifugal pump for returning the liquid part of the flow using a control valve, and an ejector for returning waste gas and of liquid part of the flow to the bottom of the fermenter from the gas separator.EFFECT: invention provides a technical result, which consists in increased productivity and yield of the microbiological process of obtaining biomass of methane assimilating microorganisms per unit of energy expended, by increasing the degree of oxygen and methane utilization, while simplifying the design.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к аппаратам для культивирования биомассы метанокисляющих микроорганизов Methylococcus capsulatus.The invention relates to the field of biotechnology, in particular to apparatus for the cultivation of biomass of methane-oxidizing microorganisms Methylococcus capsulatus.

Актуальность разработки нового эффективного биореактора применительно к газожидкостной ферментации на природном газе аэробных метанокисляющих микроорганизмов связана, с одной стороны, с повышенным экономическим интересом к использованию значительных запасов природного газа, а с другой стороны, с малоэффективным аппаратурным оформлением основной стадии производства белка -процессом ферментации.The relevance of the development of a new effective bioreactor as applied to gas-liquid fermentation on natural gas of aerobic methane-oxidizing microorganisms is associated, on the one hand, with an increased economic interest in the use of significant reserves of natural gas, and, on the other hand, with the ineffective hardware design of the main stage of protein production - the fermentation process.

Использование природного газа позволит создавать биотехнологические установки, обеспечивающие полноценным белковым кормом агропромышленные комплексы и рыбоводство, а также получение широкой гаммы биопродуктов, его дальнейшей переработки.The use of natural gas will make it possible to create biotechnological installations that provide agro-industrial complexes and fish farming with high-grade protein feed, as well as obtain a wide range of biological products and their further processing.

Несмотря на значительное количество отечественных и зарубежных аппаратурных решений специфика процесса с использованием двух труднорастворимых газов, кислорода и метана, не позволила к настоящему времени достаточно эффективно и энергоэкономко решить проблему ферментации и получения белка из природного газа в промышленных биореакторах (Винаров А.Ю. и др. «Ферментационные аппараты для процессов микробиологического синтеза» М., ДеЛи Принт, 2005, 275 с.).Despite a significant number of domestic and foreign hardware solutions, the specificity of the process using two sparingly soluble gases, oxygen and methane, has not made it possible to solve the problem of fermentation and production of protein from natural gas in industrial bioreactors quite efficiently and energy-efficiently (Vinarov A.Yu. et al. . "Fermentation apparatus for the processes of microbiological synthesis" M., DeLi Print, 2005, 275 p.).

Известно большое разнообразие конструкций биореакторов для аэробного культивирования с использованием традиционных мешалок, эжекторов, циркуляционных насосов и барботеров, которые могут быть применены для выращивания биомассы метанутилизирующих микроорганизмов, однако в большинстве случаев их конструктивные характеристики и энергозатратные показатели делают этот процесс малоэффективным, что определяет задачу разработки нового аппарата для аэробного культивирования метанутилизирующих микроорганизмов актуальной и практически важной.There is a wide variety of bioreactor designs for aerobic cultivation using traditional mixers, ejectors, circulation pumps and bubblers, which can be used to grow biomass of methanutilizing microorganisms, but in most cases their design characteristics and energy consumption indicators make this process ineffective, which determines the task of developing a new apparatus for aerobic cultivation of methanutilizing microorganisms is relevant and practically important.

В результате проведенного патентно-информационного поиска были отобраны следующие патенты.As a result of the conducted patent information search, the following patents were selected.

Известен (GB, 1353008) аппарат для получения биомассы микроорганизмов, в котором применен принцип аэрации и перемешивания ферментационной среды. Известный аппарат выполнен из двух вертикально расположенных емкостей, между которыми организована циркуляция всей ферментационной среды за счет разности плотностей аэрированной и дегазированной жидкости. Аэрацию осуществляют с использованием барботера, расположенного в нижней части одной из емкостей, причем отработанный газ, отделенный от жидкости в результате ее дегазации, выходит через верхний патрубок на другой вертикальной емкости, по которой вниз циркулирует дегазированная жидкость, проходя теплообменное устройство. Аппарат предназначен для работы с большими объемами ферментационной среды.Known (GB, 1353008) apparatus for obtaining biomass of microorganisms, which applies the principle of aeration and mixing of the fermentation medium. The known apparatus is made of two vertically located containers, between which the circulation of the entire fermentation medium is organized due to the density difference between the aerated and degassed liquid. Aeration is carried out using a bubbler located in the lower part of one of the containers, and the waste gas separated from the liquid as a result of its degassing leaves through the upper branch pipe on another vertical container, through which the degassed liquid circulates downward, passing the heat exchanger. The device is designed to work with large volumes of fermentation media.

К недостаткам данного аппарата следует отнести недостаточную степень диспергирования газовой фазы и турбулизацию ферментационной среды, что не позволяет эффективно использовать малорастворимые газообразные субстраты и дисперсные среды для процессов ферментации, а также сравнительно низкую поверхность контакта фаз газ-жидкость, обусловленную коалесценцией поднимающихся пузырей, в связи с чем в данном аппарате транспорт газообразных источников роста клеток не обеспечивает их эффективного развития и наращивание биомассы клеток.The disadvantages of this apparatus include the insufficient degree of dispersion of the gas phase and turbulization of the fermentation medium, which does not allow the effective use of poorly soluble gaseous substrates and dispersed media for fermentation processes, as well as the relatively low contact surface of the gas-liquid phases due to the coalescence of rising bubbles, due to than in this apparatus, the transport of gaseous sources of cell growth does not ensure their effective development and the growth of cell biomass.

Известен аппарат для выращивания микроорганизмов (RU, 2352626). Аппарат содержит емкость, заполняемую культуральной жидкостью до определенного уровня и снабженную патрубками для подвода жидкой минеральной питательной среды, воздуха и отвода накопленной биомассы, а также, как минимум, одну дополнительную емкость, являющуюся абсорбером газообразного субстрата. Эти емкости имеют обечайки с отбортовкой, установленные по оси емкости, служащие для разделения наполняемой жидкостью части емкости на подъемный и опускной каналы. Барботеры для подвода воздуха расположены в подъемных каналах емкостей. Емкости соединены в нижней части жидкостепроводом таким образом, что опускной канал основной емкости соединен с подъемным каналом дополнительной емкости, а опускной канал дополнительной емкости - с подъемным каналом основной емкости, а в жидкостепроводе между емкостями установлен побудитель циркуляции жидкости. Отбортовка в верхней части обечайки дополнительной емкости может быть выполнена в виде воронки, направленной вовнутрь опускного канала, симметричной оси опускного канала. По центру отбортовки может быть установлена дыхательная труба, соединяющая наджидкостную часть емкости с внутренней частью опускного канала, а ниже этой воронки и дыхательной трубы, соосно с ними, установлена другая воронка. Изобретение позволяет получать белковую массу аэробных микроорганизмов (гаприна) при использовании в качестве питания для микроорганизмов газообразного субстрата (природный газ).Known apparatus for growing microorganisms (RU, 2352626). The apparatus contains a container filled with a culture liquid to a certain level and equipped with branch pipes for supplying a liquid mineral nutrient medium, air and removing accumulated biomass, as well as at least one additional container, which is an absorber of a gaseous substrate. These containers have shells with flanges installed along the axis of the container, which serve to divide the part of the container filled with liquid into lifting and lowering channels. Bubblers for supplying air are located in the lifting channels of the tanks. The tanks are connected in the lower part by a liquid line in such a way that the lowering channel of the main tank is connected to the lifting channel of the additional tank, and the lowering channel of the additional tank is connected to the lifting channel of the main tank, and a fluid circulation stimulator is installed in the liquid line between the tanks. The flanging in the upper part of the shell of the additional container can be made in the form of a funnel directed inward of the lowering channel, symmetrical to the axis of the lowering channel. A breathing pipe can be installed in the center of the flange, connecting the supra-fluid part of the container with the inner part of the downward channel, and below this funnel and the breathing pipe, coaxially with them, another funnel is installed. EFFECT: invention makes it possible to obtain protein mass of aerobic microorganisms (haprin) when using a gaseous substrate (natural gas) as food for microorganisms.

Основными недостатками данного аппарата являются: высокие затраты энергии на циркуляцию большого количества жидкости между емкостями; низкая степень диспергирования труднорастворимых газов воздуха (кислорода), метана в водной среде (при размере пузырьков порядка 10 мм), достигаемая в эжекторах гравитационного типа; сложность конструкции ферментера; невысокая скорость массопередачи труднорастворимых газов и связанная с этим низкая производительность по биомассе не позволяет достаточно эффективно использовать этот аппарат в промышленности для получения биомассы метанассимилирующих бактерий.The main disadvantages of this apparatus are: high energy consumption for the circulation of a large amount of liquid between the containers; low degree of dispersion of sparingly soluble air gases (oxygen), methane in an aqueous medium (with a bubble size of about 10 mm), achieved in gravity-type ejectors; the complexity of the fermenter design; the low rate of mass transfer of sparingly soluble gases and the associated low biomass productivity does not allow efficient use of this apparatus in industry to obtain biomass of methanassimilating bacteria.

Известна ферментационная установка для метанокисляющих бактерий (RU, №2580646), выбранная в качестве прототипа. Установка содержит колонный ферментер и два реактора. Ферментер включает корпус, патрубок выхода отработанного газа, патрубок подачи питательных солей, технологической воды, компонентов питания и засевной биосуспензии, патрубок ввода газо-жидкостного потока в ферментер из реакторов и патрубок вывода биосуспензии из ферментера в реакторы. Каждый реактор содержит патрубок отбора газо-жидкостного потока в ферментер, дисковую мешалку с приводом, патрубок подачи биосуспезии из ферментера в реактор. Первый реактор содержит патрубок подачи метаносодержащего газа, второй реактор содержит патрубок подачи кислородсодержащего газа. Ферментер дополнительно содержит средство поддержания температуры, средство поддержания рН среды, средство поддержания уровня растворенного кислорода, анализатор отходящего газа. Привод мешалки в каждом реакторе снабжен датчиком измерения мощности, связанным через логическое устройство-контроллер с регуляторами расхода поступающих газовых потоков и с регулирующими клапанами подачи жидкости в каждый реактор. Изобретение обеспечивает уменьшение энергозатрат на процесс аэробной ферментации, повышение степени использования кислорода и метана, увеличение производительности. Недостатки установки: не достаточно полное отделение газовой фазы от жидкой, нерешенность вопроса достижения в процессе ферментации мелкодисперсного состояния газовой фазы в объеме ферментера.Known fermentation plant for methane oxidizing bacteria (RU, No. 2580646), selected as a prototype. The installation contains a column fermenter and two reactors. The fermenter includes a housing, an exhaust gas outlet, a branch pipe for feeding nutrient salts, process water, feed components and seed biosuspension, a branch pipe for introducing a gas-liquid flow into the fermenter from reactors and a branch pipe for outputting a biosuspension from the fermenter to the reactors. Each reactor contains a branch pipe for taking a gas-liquid flow into the fermenter, a disk stirrer with a drive, a branch pipe for feeding biosuspension from the fermenter to the reactor. The first reactor contains a pipe for supplying methane-containing gas, the second reactor contains a pipe for supplying an oxygen-containing gas. The fermenter additionally contains a means for maintaining the temperature, a means for maintaining the pH of the medium, a means for maintaining the level of dissolved oxygen, an off-gas analyzer. The stirrer drive in each reactor is equipped with a power measurement sensor connected through a logic controller-device with flow controllers of incoming gas streams and with control valves for liquid supply to each reactor. The invention provides a decrease in energy consumption for the aerobic fermentation process, an increase in the use of oxygen and methane, an increase in productivity. Disadvantages of the installation: not enough complete separation of the gas phase from the liquid, unresolved issue of achieving a finely dispersed state of the gas phase in the volume of the fermenter during fermentation.

Техническая задача, решаемая предложенным техническим решением, состоит в повышении эффективности процесса биосинтеза за счет максимально полного отделения газовой фазы от жидкой, и как следствие, снижение потерь напора центробежного насосного оборудования по причине газонасыщения и увеличение эффективности работы эжектора типа жидкость-газ, что способствует увеличению степени насыщения возвращаемой газовой смесью жидкости, вводимой в ферментер.The technical problem solved by the proposed technical solution consists in increasing the efficiency of the biosynthesis process due to the most complete separation of the gas phase from the liquid phase, and as a consequence, reducing the head losses of centrifugal pumping equipment due to gas saturation and increasing the efficiency of the liquid-gas ejector, which contributes to an increase the degree of saturation of the liquid introduced into the fermenter by the returned gas mixture.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного аппарата, состоит в повышении степени использования кислорода и метана, а также увеличении производительности и выхода микробиологического процесса получения биомассы метанассимилирующих микроорганизмов на единицу затраченной энергии, а также в создании эффективного аппарата простой конструкции.The technical result obtained during the implementation of the developed apparatus consists in increasing the degree of oxygen and methane utilization, as well as increasing the productivity and yield of the microbiological process of obtaining biomass of methanasimilating microorganisms per unit of energy expended, as well as in creating an effective apparatus of a simple design.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать ферментационную установку для метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus, включающую ферментер для проведения аэробных процессов культивирования, снабженный патрубками подачи газовых и жидкостных технологических потоков, выходы полученной биомассы и отходящего газа, элементы для организации потоков внутри. В качестве элементов для организации потоков внутри ферментера используют два барботажных кольца, через которые осуществляют подачу природного газа и кислорода. При этом установка дополнительно содержит накопительную емкость для вывода полученной биомассы из ферментера, и соединенную с ним уравнительной газовой линией, газоотделитель, соединенный с теплообменником и центробежным насосом для возврата жидкой части потока с помощью регулирующего вентиля, и эжектор для возврата в нижнюю часть ферментера отработанного газа и жидкой части потока из газоотделителя.To achieve the specified technical result, it is proposed to use a fermentation plant for methane-oxidizing bacteria Methylococcus capsulatus, including a fermenter for carrying out aerobic cultivation processes, equipped with pipes for supplying gas and liquid technological streams, outlets of the obtained biomass and waste gas, elements for organizing flows inside. As elements for organizing flows inside the fermenter, two bubble rings are used, through which natural gas and oxygen are supplied. In this case, the installation additionally contains a storage tank for removing the obtained biomass from the fermenter, and a gas equalizing line connected to it, a gas separator connected to a heat exchanger and a centrifugal pump for returning the liquid part of the flow using a control valve, and an ejector for returning waste gas to the lower part of the fermenter and the liquid portion of the stream from the gas separator.

На рисунке 1 представлена установка для метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus, где 1 - ферментер для выращивания бактерий, 2 - газоотделитель, 3 - накопительная емкость, 4 и 5 - барботажные кольца, 6 - эжектор типа жидкость-газ, 7 - теплообменник, 8 - центробежный насос, 9 - регулирующие вентили, 10 - регулятором давления, 11 и 12 патрубки поступления природного газа и кислорода, 13 - патрубок для вывода отработанного газа из реактора газоотделения, 14 - вывод полученной биомассы из ферментера, 15 и 16 - выход и вход охлаждающей воды для теплообменника, 17 - патрубок для подачи технологической воды в ферментер, 18 - патрубок для подачи водного раствора аммиака в ферментер, 19 - патрубок для подачи раствора питательных солей в ферментер, 20 - выход газожидкостной смеси, 21 - подача газовой смеси в эжектор, 22 - выход жидкой части потока из реактора-газоотделения, 23 - подача жидкости в эжектор, 24 - подача в ферментер газожидкостной смеси, 25 - подача выращенной биомассы в реактор успокоитель. На рисунке 2 представлено барботажное кольцо (4, 5) и патрубки поступления природного газа и кислорода (11, 12).Figure 1 shows an installation for methane-oxidizing bacteria Methylococcus capsulatus, where 1 is a fermenter for growing bacteria, 2 is a gas separator, 3 is a storage tank, 4 and 5 are bubble rings, 6 is a liquid-gas ejector, 7 is a heat exchanger, 8 is a centrifugal pump, 9 - control valves, 10 - pressure regulator, 11 and 12 - natural gas and oxygen intake pipes, 13 - exhaust gas outlet from the gas separation reactor, 14 - biomass output from the fermenter, 15 and 16 - cooling water outlet and inlet for a heat exchanger, 17 - a branch pipe for supplying process water to a fermenter, 18 - a branch pipe for feeding an aqueous ammonia solution into a fermenter, 19 - a branch pipe for feeding a solution of nutrient salts into a fermenter, 20 - an outlet of a gas-liquid mixture, 21 - feeding a gas mixture into an ejector, 22 - exit of the liquid part of the flow from the reactor-gas separation, 23 - supply of liquid to the ejector, 24 - supply of the gas-liquid mixture to the fermenter, 25 - supply of the grown biomass to the river eactor pacifier. Figure 2 shows a bubble ring (4, 5) and natural gas and oxygen supply pipes (11, 12).

Предложенная установка состоит из трех основных узлов: ферментера (1), газоотделителя (2) и накопительной емкости (3). В ферментер (1) через патрубки ввода (11) и (12) поступают природный газ и кислород, пройдя слои барботажных колец (4 и 5). Для обеспечения роста биомассы в ферментер через патрубок (19) подается рабочий раствор питательных солей. Для поддержания рН в ферментере (1) через патрубок (18) подается водный раствор аммиака. Так же в ферментер (1) подается через патрубок (17) технологическая вода для организации протока в ферментере. Газожидкостная смесь из нижней части ферментера через патрубок (20), за счет разницы давлений поступает в газоотделитель (2). Откуда часть отработанного газа (абгаза) выводится из процесса через патрубок (13), а оставшееся количество газа через патрубок (21) поступает в эжектор (6) и вводится обратно в ферментер (1). Давление в газоотделителе (2) поддерживается регулятором давления (10). Жидкая часть потока из газоотделителя (2) выходит через патрубок (22), проходит через теплообменик (7) для поддержания требуемой температуры жидкости и с помощью центробежного насоса (8) под напором поступает в эжектор (6). Вход охлаждающей воды в теплообменник (7) происходит через патрубок (16), выход - через патрубок (15).The proposed installation consists of three main units: a fermenter (1), a gas separator (2) and a storage tank (3). Natural gas and oxygen enter the fermenter (1) through the inlet pipes (11) and (12), passing through the layers of the bubbling rings (4 and 5). To ensure the growth of biomass, a working solution of nutrient salts is fed into the fermenter through the branch pipe (19). To maintain the pH in the fermenter (1), an aqueous solution of ammonia is fed through the branch pipe (18). Process water is also supplied to the fermenter (1) through the branch pipe (17) to organize the flow in the fermenter. The gas-liquid mixture from the bottom of the fermenter through the branch pipe (20), due to the pressure difference, enters the gas separator (2). From where part of the waste gas (abgas) is removed from the process through the pipe (13), and the remaining amount of gas through the pipe (21) enters the ejector (6) and is introduced back into the fermenter (1). The pressure in the gas separator (2) is maintained by a pressure regulator (10). The liquid part of the flow from the gas separator (2) exits through the branch pipe (22), passes through the heat exchanger (7) to maintain the required liquid temperature and, with the help of a centrifugal pump (8), flows under pressure into the ejector (6). Cooling water enters the heat exchanger (7) through the pipe (16), the exit through the pipe (15).

Из газоотделителя (2) через патрубок (21) выводится регулируемое количество газовой смеси и поступает в эжектор (6). Туда же насосом (8) постоянно подается из газоотделителя (2) через патрубок (23) и жидкость. В эжекторе (6) образуется газожидкостная смесь с заданным распределением пузырей газа в жидкости. И через патрубок (24) полученная смесь поступает под напором в ферментер (1) обеспечивая вращение потока внутри его.From the gas separator (2) through the branch pipe (21) an adjustable amount of the gas mixture is removed and enters the ejector (6). There by the pump (8) is constantly supplied from the gas separator (2) through the branch pipe (23) and the liquid. In the ejector (6), a gas-liquid mixture with a given distribution of gas bubbles in the liquid is formed. And through the branch pipe (24) the resulting mixture flows under pressure into the fermenter (1), ensuring the rotation of the flow inside it.

Выравнивание скоростей движения газожидкостного потока из ферментера (1) в газоотделитель (2) и жидкостного потока из газоотделителя (2) в теплообменник (7) происходит с помощью регулирующего вентиля (9) установленного на линии возврата части жидкости с нагнетательной линии на всасывающую линию центробежного насоса (8). При закрытии вентиля (9) происходит возрастание величины жидкостного потока от насоса (8) к эжектору (6), что способствует также увеличению потока газа из газоотделителя (2) через патрубок (21) в эжектор (6) и, как следствие, повышает степень газонасыщения рабочей среды в ферментере (1). При открытии вентиля (9) происходит уменьшение величины жидкостного потока от насоса (8) к эжектору (6), что приводит к уменьшению потока газа из газоотделителя (2) через патрубок (21) в эжектор (6).The equalization of the velocities of the gas-liquid flow from the fermenter (1) to the gas separator (2) and the liquid flow from the gas separator (2) to the heat exchanger (7) is carried out using a control valve (9) installed on the return line of a part of the liquid from the discharge line to the suction line of the centrifugal pump (8). When the valve (9) is closed, the value of the liquid flow from the pump (8) to the ejector (6) increases, which also contributes to an increase in the gas flow from the gas separator (2) through the branch pipe (21) to the ejector (6) and, as a consequence, increases the degree gas saturation of the working medium in the fermenter (1). When the valve (9) is opened, the amount of liquid flow from the pump (8) to the ejector (6) decreases, which leads to a decrease in the gas flow from the gas separator (2) through the branch pipe (21) to the ejector (6).

Полученная биомасса из ферментера (1) поступает через патрубок (25) в накопительную емкость (3), где происходит ее накопление и вывод из системы ферментации через патрубок (14). Выравнивание давления в накопительной емкости (3) и ферментере (1) происходит за счет соединения их уравнительной газовой линией в верхней части ферментера (1) и накопительной емкости (3).The resulting biomass from the fermenter (1) enters through the branch pipe (25) into the storage tank (3), where it is accumulated and removed from the fermentation system through the branch pipe (14). Equalization of pressure in the storage tank (3) and the fermenter (1) occurs due to their connection with an equalizing gas line in the upper part of the fermenter (1) and the storage tank (3).

Принципиальное преимущество приведенной ферментационной установки для культивирования метанокисляющих микроорганизмов по сравнению с ранее известными - максимально полное отделение газовой фазы от жидкой в газоотделителе (2) с помощью принудительного забора ее эжектором типа жидкость-газ (6). Как следствие, происходит снижение потерь напора центробежного насосного оборудования по причине газонасыщения и увеличение эффективности работы эжектора типа жидкость-газ (6), что способствует увеличению степени насыщения возвращаемой газовой смесью (абгазом) жидкости, вводимой в ферментер (1).The principal advantage of the above fermentation plant for the cultivation of methane-oxidizing microorganisms in comparison with the previously known ones is the most complete separation of the gas phase from the liquid phase in the gas separator (2) by means of its forced intake by a liquid-gas ejector (6). As a result, there is a decrease in the head loss of centrifugal pumping equipment due to gas saturation and an increase in the efficiency of the ejector of the liquid-gas type (6), which contributes to an increase in the degree of saturation of the returned gas mixture (offgas) of the liquid introduced into the fermenter (1).

Пример технологического режима культивированияAn example of a technological mode of cultivation

Культуру Methylococcus capsulatus выращивают в ферментере (1). Процесс выращивания осуществляется в непрерывном режиме при избыточном давлении. Для проведения процесса культивирования ферментер (1) заполняется технологической водой и раствором минеральных питательных солей. В качестве основного технологического сырья процесса выращивания используется природный газ с содержанием метана не менее 90% об. Процесс осуществляют в среде насыщенной кислородом. В качестве источника кислорода для подачи в ферментер (1) может быть использован как чистый газ, так и обогащенный кислородом воздух.The culture of Methylococcus capsulatus is grown in a fermenter (1). The growing process is carried out in a continuous mode at overpressure. To carry out the cultivation process, the fermenter (1) is filled with process water and a solution of mineral nutrient salts. Natural gas with a methane content of at least 90% by volume is used as the main technological raw material for the growing process. The process is carried out in an environment saturated with oxygen. Both pure gas and oxygen-enriched air can be used as a source of oxygen for feeding into the fermenter (1).

В ферментере (1) поддерживается рН среды, устанавливаемый в диапазоне 5,6-5,8 ед. Данный интервал рН в аппарате поддерживается подачей в систему аммиачной воды, которая одновременно является источником азота. Рабочая температура процесса поддерживается в диапазоне 42-45°С, посредством охлаждения циркулирующей биомассы в выносном теплообменнике. Рабочее давление в аппарате составляет 0,5 МПа.The fermenter (1) maintains the pH of the medium, which is set in the range of 5.6-5.8 units. This pH range in the apparatus is maintained by feeding ammonia water into the system, which is also a source of nitrogen. The operating temperature of the process is maintained in the range of 42-45 ° C by cooling the circulating biomass in a remote heat exchanger. The working pressure in the apparatus is 0.5 MPa.

Средняя рабочая концентрация клеток в отбираемой биомассе составляет 18÷21 г/л (АСВ), при удельной скорости протока среды через аппарат не менее 0,2 ч^-1.The average working concentration of cells in the sampled biomass is 18-21 g / l (ASB), with a specific flow rate of the medium through the apparatus of at least 0.2 h ^-1 .

В газоотделителе (2) происходит отделение не менее 95% (по объему) газовой фазы из газожидкостной смеси, что позволяет сохранить эффективность работы центробежного насоса, т.е обеспечить сохранение его основных харатеристик - производительности и напора.In the gas separator (2), at least 95% (by volume) of the gas phase is separated from the gas-liquid mixture, which allows maintaining the efficiency of the centrifugal pump, i.e. ensuring the preservation of its main characteristics - productivity and pressure.

Организация принудительного отбора газа из газоотделителя (2) с помощью эжектора (6) и введение его в составе газожидкостной смеси в ферментер (1) позволяет обеспечить высокую степень диспергирования газовой фазы в жидкости внутри аппарата и увеличить степень использования природного газа.The organization of forced gas extraction from the gas separator (2) using an ejector (6) and its introduction in the composition of the gas-liquid mixture into the fermenter (1) allows to ensure a high degree of dispersion of the gas phase in the liquid inside the apparatus and to increase the use of natural gas.

Claims

Fermentation plant for methane-oxidizing bacteria Methylococcus capsulatus, including a fermenter for carrying out aerobic cultivation processes, equipped with pipes for supplying gas and liquid technological streams, outlets of the obtained biomass and waste gas, elements for organizing flows inside, and two bubbling elements are used as elements for organizing flows inside the fermenter rings, one of which is intended for supplying natural gas, and the other for supplying oxygen, while the installation additionally contains a storage tank for removing the obtained biomass from the fermenter, and a gas separator connected to it with a gas equalizing line, connected to a heat exchanger and a centrifugal pump for returning liquid part of the flow using a control valve, and an ejector for returning to the bottom of the fermenter waste gas and the liquid part of the flow from the gas separator, and the gas separator is connected to the outlet of the gas-liquid mixture of the fermenter, and the ejector on the gas part of the flow it is connected to the gas separator.