Метан угольных пластов и шахт - источник кормового белка


подписаться на рассылку анонсов статей:
 
 
поиск по разделу «Статьи»

всего статей: 1513


Метан угольных пластов и шахт - источник кормового белка



С. Глухих, компания Interbiotechnology

Интенсификация животноводства требует резкого уве­личения производства кормового белка, компенсирую­щего его недостаток в традиционных растительных кормах. Дефицит этого продукта в России в настоящее время превышает 2 млн т в год. Помочь его ликвидации может биотехнология, которая в отличие от других технологий базируется на применении уникальных инструментов - высокопродуктивных промышленных штаммов микро­организмов. К ним относятся штаммы метанокисляющих бактерий (метанотрофов), которые в связке с метанпродуцирующими бактериями (метаногенами) создавали и сейчас поддерживают мир, в котором мы живем.

Метанотрофные бактерии являются основными в био­технологии белка из метана. Это первичное звено пище­вой цепи в океане, что предопределяет направленность использования их биомассы в качестве корма и компо­нента комбикорма в рыбоводстве, птицеводстве и живот­новодстве. Кроме того, их можно применять для произ­водства ферментов, липидов, стеринов, антиоксидантов, пигментов, полисахаридов, факторов транспорта железа, первичных и вторичных метаболитов, биотрансформации органических соединений, снижения содержания метана в угольных шахтах, создания биосенсоров и энергетических биоэлементов.

Получение белка одноклеточных из метана имеет ряд преимуществ по сравнению с жидкими углеводородами: большие запасы природного газа, хорошая его транспортабельность, отпадает необходимость в дополнительной очистке готового продукта от субстрата.

Основной путь снижения и ликвидации дефицита кормово­го белка - производство биомассы с помощью микробного синтеза. Следует назвать ее преимущества перед другими источниками белка для выработки комбикормов: микро­организмы обладают рекордной скоростью накопления биомассы, микробные клетки способны создавать большое количество белка, процесс биосинтеза менее трудоемок по сравнению с получением сельскохозяйственной продукции и идет непрерывно вне зависимости от времени года и по­годы. Кроме того, белок стабилен по качеству.

Кормовую бактериальную биомассу из метана в совет­ские времена называли гаприном (сокращенно от «газовый протеин»), в Норвегии - биопротеином, в Дании - унипротеином. Единственным крупнейшим производителем гаприна из природного газа в СССР был Светлоярский завод БВК (Волгоградской область).

По своему составу гаприн - это белковый продукт с высоким содержанием витаминов группы В (особенно В12), аминокислот и микроэлементов. Как полноценный заменитель животного белка гаприн обеспечивает сба­лансированное аминокислотное питание животных, птицы и рыбы в отличие от кормов растительного происхожде­ния, включая злаковые и бобовые культуры. Например, он содержит белка в пять раз больше, чем ячмень или овес, по своей питательной ценности и сбалансирован­ности по аминокислотному составу превосходит рыбную муку и соевый шрот.

Белково-витаминный концентрат гаприн [бактериаль­ная биомасса из природного газа с содержанием белка 75-79% (ТУ-11249895-12-09-92)] нетоксичен, не обладает канцерогенным и кумулятивным действиями. Продукт про­шел полный комплекс длительных медико-биологических и хозяйственных испытаний на всех видах сельскохозяй­ственных животных, птицы и рыбы. Результаты свиде­тельствуют об эффективности применения гаприна в ра­ционах животных. В 1994 г. Минсельхоз России выпустил «Наставление по применению гаприна в комбикормах и белково-витаминных добавках для сельскохозяйственных животных, птицы и рыбы».

Стандартная биотехнология производства биомассы метанотрофов с разницей в некоторых технологических нюансах может базироваться на различных источниках метана: метан природного газа из газопроводной системы; метан биогаза от переработки отходов сельского хозяй­ства; метан попутного нефтяного газа (ПНГ) нефтяных месторождений и НПЗ (ж. «Комбикорма»:№6-2014, с. 8-10; №10-2014, с. 27-28; №1-2015, с. 63-68); метан угольных пластов и шахт.

Геологические ресурсы метана угольных пластов в мире оцениваются в 260 трлн. куб. м, в том числе в России - 78 трлн., США - 60, Китае - 28, Австралии - 22, Ин­дии - 18, Германии - 16, ЮАР - 13, Украине - 8, Казахстане - 8, Польше - 3 трлн..

Промышленная добыча метана угольных пластов в США началась в 1980-х годах. В 2000 г. его добыли в объеме 40 млрд. куб. м, что составляло 7% суммарной добычи газа в стране.

В результате добычи угля в Китае выбросы метана в атмосферу составляют 6-19 млрд. куб. м. в год. В 1996 г. была учреждена Китайская объединенная корпорация по метану из угольных пластов (CUCBM). К 2009 г. добыча газа выросла до 700 млн куб. м. В том же году в этой стране началось строительство более 3600 буровых скважин для его добычи.

Прогнозные ресурсы метана в основных угольных бас­сейнах России составляют 49 трлн. куб. м, что соответству­ет примерно пятой части прогнозных ресурсов природного газа страны.

Среди угольных бассейнов России особое место принад­лежит Кузбассу, который по праву можно считать крупней­шим метаноугольным бассейном мира, обладающим реаль­ными возможностями широкомасштабной добычи метана. Неслучайно в России принята программа «Метан Кузбасса». Кузбасс может производить около 20 млрд. куб. м метана ежегодно. Его запасы здесь оцениваются в 13 трлн. куб. м. Данная оценка ресурсов угля и метана соответствует глуби­не 1800-2000 м. Большие глубины угольного бассейна со­храняют на отдаленную перспективу огромное количество метана, которое прогнозируется в 20 трлн. куб. м.

Печорский бассейн занимает второе место по масштаб­ности ресурсов метана в пластах - около 2 трлн. куб. м.

Ряд угледобывающих регионов мог бы полностью по­крыть свои потребности в газе за счет широкомасштаб­ной добычи метана из угольных пластов, улучшив при этом экологическую обстановку и создав новые рабочие места. В первую очередь это относится к Кемеровской области, где газа можно ежегодно добывать в количестве 15-17 млрд.. куб. м.

Кемеровская область первой в России приступила к горизонтальному бурению скважин. Это передовая тех­нология по извлечению газа метана из угольных пластов. Кузбасс первым в России начал использовать опасный метан, главного «врага» шахтеров, в мирных целях. Де­газация угольных пластов в действующих шахтных выра­ботках значительно повысила безопасность добычи угля. Извлечение же газа из недр еще до строительства шахты сводит метановую опасность практически до нуля. Благо­даря усилиям Кузбасса в ноябре 2011 г. газ метан в России был признан самостоятельным полезным ископаемым и значится теперь как «метан угольных пластов».

Для добычи газа из газоносных пород во время и после добычи угля в зависимости от нужд шахты применяются различные системы дегазации метана. Дегазация позво­ляет снизить стоимость проветривания горных выработок, сократить простой оборудования и повысить безопасность работы. Она выполняется бурением трех типов буровых скважин: вертикальных с поверхности, подземных гори­зонтальных и наклонных, которые проходят через уголь­ные пласты и вмещающие породы.

В СССР активно рассматривался вопрос использования шахтного метана как отхода угледобычи для производства кормового белка и применения бактерий для дегазации угольных шахт. Над этой темой работали ведущие про­фильные НИИ Москвы, Пущино, Киева, Донецка, Одессы, Днепропетровска и др.

Экспериментальное производство метанокисляющих бактерий на шахтном метане показало техническую воз­можность использования его для производства гаприна (рис. 1).

Рис. 1. Технологическая схема извлечения и использования шахтного метана:

1угольные пласты;

2дегазационная система шахты;

3узел подготовки метано-воздушной смеси;

4ферментер;

5узел подготовки питательной среды;

6участок приготовления суспензии;

7участок обезвоживания и сушки суспензии.

1

В советское время для выполнения дегазационных ра­бот биомассу доставляли из Светлоярского завода. Транспортировка биомассы на тысячи километров снижала ее метанокислительную активность. Поэтому в профильных НИИ были выполнены комплексные работы по использо­ванию шахтного метана для получения биомассы Метанотрофные бактерий на местах угледобычи.

Экспериментальная установка для культивирования ме­танокисляющих бактерий на шахтном метане впервые бы­ла испытана в условиях действующей шахты. Полученная биомасса применялась для дегазации шахты (рис. 2).

Рис. 2. Технологическая схема шахтной экспериментальной установки ферментации бактерий на основе метано-воздушной смеси, каптируемой шахтой

Ф – ферментер;

ГФ – фильтр;

Н – насос;

ОР – охладительнаярубашка;

К – кран

2

К настоящему времени разработаны технологии про­изводства гаприна на шахтном метане и применения его для дегазации шахт. Они направлены также на снижение выбросов метана в атмосферу и повышение безопасности горных работ, что помогает комплексно решать социаль­ные и экономические вопросы.

На дегазационной установке одной из действующих шахт Донбасса были отобраны пробы газовоздушной смеси и воды. Анализы показали, что в составе каптируемых метановоздушных смесей концентрация метана изменяется от 7 до 57%, составляя в среднем около 20%. Экспериментально было доказано, что принципиальных ограничений для применения ферментационной техно­логии по газовому фактору на шахте нет.

Однако при всей привлекательности использования био­массы метанотрофов в шахтах и в сельском хозяйстве воз­никает вопрос оценки экономической целесообразности применения этой технологии.

При анализе химического состава технических вод уста­новлено, что они практически стабильны. Сравнение его с комплексом химических элементов, необходимых для жиз­недеятельности метанокисляющих бактерий, показало, что применение в ферментерах технической воды из скважин технически возможно. Она содержит и достаточное коли­чество микроэлементов. Также были выполнены расчеты экономических показателей производства белка метанокис­ляющих бактерий при концентрации метана в каптируемой смеси от 5 до 25% при ее расходе 90 куб. м/мин.

Для стационарного выпуска гаприна необходимо принять производственную мощность завода не менее 10 тыс. т продукта в год. При этом источник метана должен быть с дебетом из расчета 5000 куб. м метана на 1 т гаприна. Структурная блок-схема одного из вариантов биотехно­логии гаприна приведена на рисунке 3.

Рис. 3. Блок-схема производства гаприна

1 - природного газа на культивирование;

2 - источника кислорода на культивирование;

3 - отходящего газа на энергетическую утилизацию;

4 - технологической воды на культивирование;

5 - раствора питательной среды на культивирование;

6 - раствора аммиачной воды на культивирование;

7 - оборотной воды на восполнение потерь;

8 - биологически очищенной воды в систему водоподготовки;

9 - оборотной воды в системе теплоотдачи;

10 - отработанной культивированной среды после концентрирования;

11 - суспензии биомассы из ферментеров;

12 - сконцентрированной суспензии биомассы на сушку;

12 - товарный продукт.

СТАДИИ

I - производственная ферментация;

II - концентрирование (микрофильтрация и сепарация);

III - сушка;

IV - упаковка;

V - система теплосъема;

VI - биологическая очистка стоков;

VII - система водоподготовки;

VIII - система приготовления и подачи раствора питательных солей;

IX - система подготовки подачи аммиачной воды;

X - система рециркуляции газовой фазы;

XI - система утилизации отходящих газов;

XII - система подготовки и подачи природного газа;

XIII - система подготовки и подачи источника кислорода;

XIV - система приготовления засевного материала.

3

Технологический процесс получения гаприна непрерывен и состоит из следующих основных стадий: выращивание товарной продукции; сгущение и инактивация микробной суспензии; сушка, фасовка, упаковка готового продукта.

Для обеспечения основных технологических стадий про­цесса в составе установки предусматриваются вспомога­тельные производственные стадии: прием, приготовление растворов и подача в ферментеры аммиачной воды, ортофосфорной кислоты, солей и других химикатов в необходимых концентрациях; подготовка и подача кислорода воздуха; вы­ращивание засевной «чистой культуры»; вывод отходящих газов процесса ферментации для утилизации; очистка газо­воздушных выбросов на стадиях сгущения, сушки и упаков­ки готового продукта; мойка и дезинфекция оборудования.

Технические характеристики системы охлаждения фер­ментационного оборудования уточняются при проектиро­вании с учетом местных климатических условий.

Основной технологический процесс выращивания гапри­на происходит в специальных аппаратах - ферментерах. Перемешивание и аэрирование в них ведется с помощью циркуляционных насосов с эжекторами с напорной сторо­ны насосов для ввода воздуха и организации рециркуляции газовой фазы. Природный газ и при необходимости допол­нительный воздух вводятся через барбатеры. Температуру процесса стабилизирует контур циркуляции, содержащий насос и теплообменник. Контролируют pH, концентрацию растворенного кислорода и температуру датчики, установ­ленные на трубопроводе контура циркуляции. Состав га­зовой фазы (кислород, метан, углекислый газ) на выходе ферментера контролируют газоанализаторы. Давление в аппарате регулируется на линии отходящего газа. Фер­ментер укомплектовывается насосами-дозаторами, которые могут работать в связанной системе регулирования. Полученная биомасса сначала сгущается для отделения основной массы от воды. На этой стадии отбирается часть сгущенной биомассы для деметанизации угольных шахт. Отделенная вода поступает на биоочистку, а влажная био­масса подается на инактивацию и сушку до остаточной влажности 10%.

Высушенный товарный продукт - гаприн направляется на расфасовку и упаковку в мешки. Паллета перед отправ­кой готовой продукции на склад оборачивается полиэтиленовой пленкой.

Технико-экономические расчеты показывают, что ис­пользование шахтного метана для производства гаприна технически возможно и экономически целесообразно при концентрации метана в смеси более 12%.

Следует отметить, что кроме кормового назначения, метанокисляющие бактерии могут служить эффективным средством борьбы с метаном в шахтах.

Источник: журнал «Комбикорма» №5, 2015 г.







 

администрация сайта: ООО «Фаулер»
ждем ваших писем: deneb@webpticeprom.ru

 
птицеводство
Webpticeprom птицеводство
  1. Главная
  2. Статьи про птицеводство
  3. Кормление птиц, корма и их ингредиенты
  4. › Метан угольных пластов и шахт - источник кормового белка
 
Кормление птиц, корма и их ингредиенты
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
на сайте страниц: 12861