一种合成气净化尾气制单细胞蛋白的系统和方法与流程

本发明涉及微生物发酵，具体涉及一种合成气净化尾气制单细胞蛋白的系统和方法。

背景技术：

1、现有技术中粗合成气大多以煤为原料，采用多元料浆气化工艺制备获得，粗合成气再经耐硫宽温变换、低温甲醇洗及液氮洗净化，脱除的酸性气体采用超优克劳斯工艺生成硫磺，经过上述工序获得的净化后的合成气在带内换热器的三床层合成塔中合成氨。

2、但在上述工程中，有大量排放的废气，如：1) 煤储运工段除尘尾气；2) 煤浆制备工段除尘尾气；3) 气化工段的气化炉开工及事故排放尾气、抽引废气、烧嘴冷却器气液分离器排放废气、合成气分析放空气、气化炉测压口放空气；4) 渣水处理工段的高压分离罐顶废气、高压闪蒸罐安全阀放空气、真空泵后分离罐放空气；5) 变换工段放空气；6) 低温甲醇洗工段的氨冷器放空气、尾气洗涤塔排放的尾气以及含 h2s 酸性气体；7) 硫回收装置排放废气；8) 氨合成工段合成回路放空气；9) 空分装置排放的污氮气。

3、以上的工业废气中含有大量的二氧化碳、一氧化碳、氢气、氮气以及少量的二硫化碳、硫化氢、氧硫化碳、甲烷、甲醇、氮氧化物及煤粉尘、石灰石粉尘等。上述各种污染物如果直接排放，可能对人体造成严峻后果；如果采用除尘和送火炬燃烧后排入大气的处理方式，既浪费了其中的有效气体一氧化碳、氢气等资源，又增加了大气中二氧化碳含量，存在污染环境的风险。

4、面对工业废气难以处理这一问题，目前，工业废气转化为经济产物成为比较热门的研究方向。一方面，工业废气中的一碳化合物（co2、co、甲烷、甲醇、甲酸等）含量高，是较为理想的新一代生物制造原料；另一方面，自然界中存在多种能够利用一碳化合物的微生物，对大肠杆菌、酿酒酵母等模式微生物进行改造，也能构建合成型一碳利用微生物，并实现一碳资源到多种产品的转化，如制备可用于鱼类饲料的单细胞蛋白。

5、因此，针对现有技术存在的合成气净化工段直接放空尾气大量排放或者焚烧对环境的严重污染，开发出一种以合成气系统净化工段放空尾气为原料，通过细胞代谢技术将含h2、co、co2的工业尾气转化为饲用单细胞蛋白的工艺技术具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种合成气净化尾气制单细胞蛋白的系统和方法，解决现有合成气净化工段放空尾气直接排放或者焚烧严重污染环境，以及现有单细胞制备方法存在的粗蛋白含量低的问题。

2、本发明的目的通过下述技术方案实现：

3、一种合成气净化尾气制单细胞蛋白的系统，包括气体缓冲罐、培养基罐、厌氧发酵装置、曝气器、好氧发酵装置和发酵物料收集处理装置；

4、所述气体缓冲罐用于储存合成气净化尾气，所述气体缓冲罐还与厌氧发酵装置和好氧发酵装置连通；

5、所述厌氧发酵装置包括依次连接的一级厌氧种子罐、二级厌氧种子罐和厌氧发酵罐，所述厌氧发酵罐和培养基罐通过管道连通；

6、所述好氧发酵装置包括依次连接的一级好氧种子罐、二级好氧种子罐和好氧发酵罐，所述好氧发酵罐的底部和发酵物料收集处理装置连通；所述厌氧发酵罐与好氧发酵罐连通的管道上设有厌氧出料泵和曝气器；

7、所述发酵物料收集处理装置包括依次相连的离心机和滚筒刮板干燥机；

8、所述合成气净化尾气制单细胞蛋白的系统还包括以合成气净化尾气为碳源和氮源的微生物菌种。

9、进一步地，所述厌氧发酵罐的上部与碱罐通过管道连通，所述厌氧发酵罐与碱罐连通的管道上设有碱泵；

10、所述好氧发酵罐的顶部与酸罐通过管道连通，所述好氧发酵罐与酸罐连通的管道上设有阀门，氧气和净化尾气与厌氧发酵罐排出的物料经过曝气器后进入好氧发酵罐。

11、进一步地，所述微生物菌株包括热带假丝酵母和多粘类芽胞杆菌。

12、一种合成气净化尾气制单细胞蛋白的方法，所述方法是利用上述合成单细胞蛋白的系统合成单细胞蛋白。

13、作为本发明的优选技术方案，合成单细胞蛋白的方法包括如下步骤：

14、（a）热带假丝酵母在厌氧发酵装置中经过二级种子活化和厌氧发酵后，完成厌氧发酵，厌氧发酵后的物料与氧气和净化尾气混合后，通过曝气器进入好氧发酵罐，二级种子活化和厌氧发酵过程中的碳源和氮源由合成气净化尾气提供；

15、这里的二级种子活化的目的是为了使热带假丝酵母长的更强壮。

16、（b）多粘类芽胞杆菌在好氧发酵装置中经过二级种子活化，活化后的种子液和厌氧发酵罐中的物料同时进入好氧发酵罐进行好氧发酵，二级种子活化和好氧发酵过程中的碳源和氮源由合成气净化尾气提供；

17、厌氧发酵罐排出的物料作为好氧发酵罐的培养基被再次利用，厌氧发酵罐排出的物料与氧气和净化尾气混合后通过曝气器进入好氧发酵罐；

18、这里的二级种子活化的目的是为了使多粘类芽胞杆菌和热带假丝酵母在好氧体系中以均衡的状态生长，避免出现两者中的一种菌过量生长。

19、此外，厌氧发酵罐中的物料除了厌氧发酵液，还有热带假丝酵母，热带假丝酵母可以在进入到好氧发酵罐中继续进行有氧发酵，以此，结合二级种子活化后的多粘类芽胞杆菌能够增加最终获得的单细胞蛋白的产量。

20、（c）完成好氧发酵后的物料从好氧发酵罐的底部流出，经过离心、蒸发浓缩干燥后获得颗粒状成品。

21、进一步地，步骤（a）中的二级种子活化分别在一级厌氧种子罐、二级厌氧种子罐进行，一级厌氧种子罐和二级厌氧种子罐的发酵时间为1小时，发酵温度为20~30℃；

22、正式厌氧发酵在厌氧发酵罐中进行，厌氧发酵罐中的发酵时间为3小时，发酵温度为20~30℃，通过碱罐控制厌氧发酵罐中培养液的ph在4.0~6.0。

23、二级活化过程中，气体缓冲罐中的合成气净化尾气进入一级厌氧种子罐、二级厌氧种子罐的通气量为30 l/min；厌氧发酵过程中，气体缓冲罐中的合成气净化尾气进入厌氧发酵罐的通气量为60l/min。

24、厌氧发酵罐中通入的培养基来自培养基罐，培养基罐中培养基组分为：1.59g/l(nh4)2so4，1.05 g/l nacl，0.54g/l mgso4·7h2o，0.96g/l feso4·7h20，0.73 g/l cacl2·2h2o，0.09 g/l cuso4·5h20，0.07 g/l znso4·7h20，4.81 g/l kh2po4，0.12 g/l 75%h3po4，5.47 g/l k2hpo4，0.1 g/l微量元素，溶剂为去离子水，ph为5.0，培养基组分经过高温灭菌后使用。

25、进一步地，步骤（b）中的二级种子活化分别在一级好氧种子罐、二级好氧种子罐进行，一级好氧种子罐和二级好氧种子罐的发酵时间为2小时，发酵温度为30℃；

26、正式好氧发酵在好氧发酵罐中进行，好氧发酵前向好氧发酵罐中加入体积分数为2%的聚二甲基硅氧烷，同时加入终浓度为1.5g/l的维生素h，此处的终浓度是指维生素h加入到好氧发酵罐中发酵液里的浓度，好氧发酵罐中的发酵时间为5小时，发酵温度为20~40℃，通过酸罐控制好氧发酵罐中培养液的ph为6.0±0.5。

27、多粘类芽胞杆菌种子按照菌种总质量为培养基质量的2%接种至一级好氧种子罐中，厌氧发酵中的热带假丝酵母种子和好氧发酵中的多粘类芽胞杆菌种子的质量比为2~4:8~6；

28、二级活化过程中，合成气净化尾气和氧气进入一级好氧种子罐和二级好氧种子罐的通气量为40 l/min；合成气净化尾气和氧气进入好氧发酵罐的通气量为100l/min，经过曝气器后的厌氧发酵物料与合成气净化尾气和氧气混合后形成小于50微米的气泡。

29、进一步地，离心、蒸发浓缩干燥的操作具体为：好氧发酵罐排出的发酵物料在高速离心机中进行脱水，浓缩到干物质浓度 60%时，送入滚筒刮板干燥机；

30、在滚筒刮板干燥机中将离心后的物料经过蒸汽的加热，大部分水在此蒸发掉，蒸发后的产品为潮湿的粘性很小的絮团；

31、絮团经过进一步干燥，使剩余物料湿度低于5%，并同时造粒。

32、根据上述合成气净化尾气制单细胞蛋白的方法获得的单细胞蛋白，以及该单细胞蛋白在鱼类饲料中的应用。

33、本发明的有益效果为：

34、1、本发明提供的一种合成气净化尾气制单细胞蛋白的系统和方法，微生物菌种与工艺废气经过厌氧-好氧两步串联发酵过程得到单细胞蛋白，且厌氧发酵的物料作为好氧发酵的发酵液，且热带假丝酵母为兼性厌氧特性，可以继续在好氧发酵系统中进行再次发酵，进而提高最终单细胞的产量；此外，在厌氧发酵的物料进入好氧发酵罐前，通过曝气器的设置，使得合成气净化尾气和氧气以气泡的形式在好氧发酵罐中进行后续的发酵，提高了发酵效率，缩短了发酵时间。

35、2、本发明提供的一种合成气净化尾气制单细胞蛋白的系统和方法，通过热带假丝酵母的厌氧发酵，以及后续热带假丝酵母继续和多粘类芽胞杆菌的好氧发酵，整个发酵过程中能耐较高的温度，且发酵工艺易于操作，发酵时间短，且通过在好氧发酵过程中添加维生素h，提高了最终单细胞蛋白的粗蛋白含量，能够作为部分鱼类饲料来应用。

36、3、本发明提供的一种合成气净化尾气制单细胞蛋白的系统和方法，厌氧发酵和好氧发酵完成后，通过滚筒刮板干燥机，能够很好的保留单细胞蛋白内的营养组分，避免了高温处理等干燥操作造成营养流失的问题。