СПОСОБ ОРГАНИЗАЦИИ ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО КЛАСТЕРА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МИКРОБНОГО БЕЛКА ГАПРИНА Российский патент 2025 года по МПК C12P21/00 C12M1/00 B01D53/00 

Изобретение относится к газотранспортной промышленности и может быть использовано для повышения экономической эффективности транспорта газа с использованием магистральных газопроводов высокого давления и газокомпрессорных станций.

Газотранспортная система страны включает магистральные газопроводы высокого давления, которые имеют цепь газокомпрессорных станций, повышающих давление газа с 55 до 75 атмосфер. Данные газокомпрессорные станции расположены в удалении от населенных пунктов и имеют высшую категорию энергообеспечения, помимо собственных генерирующих мощностей. Таким образом, существует связанная сеть предприятий, обладающих практически неограниченным ресурсом природного газа, тепловой и электрической энергии, земельных площадей. Географическое расположение данной сети предприятий обеспечивает неограниченный доступ к водным ресурсам.

Известно множество газоперерабатывающих кластеров. Например: патент РФ №2685099, МПК B01D 53/00, опубликовано: 16.04.2019; патент РФ №2647301, МПК B01D 53/00, опубликовано: 15.03.2018; патент РФ 2657910, МПК Е21В 43/20, Е21В 43/34, опубликован 18.06.2018; патент РФ 2278958, МПК Е21В 43/20, опубликован 27.06.2006; патент РФ №2594496, МПК Е21В 43/20, опубликовано: 20.08.2016.

Недостатком данных изобретений является то, что они решают проблемы только извлечения и транспортировки природного газа, в лучшем случае позволяют усовершенствовать лишь одну конкретную особенность этой сложной как в техническом, так и в экономическом отношении системы. При этом не увеличивают экономическую эффективность транспорта газа, а направлены только на увеличение его выработки.

Известен газоперерабатывающий кластер (патент РФ №2715772 С1, МПК B01D 53/00, Е21В 43/00, опубликован 03.03.2020 г., заявка №2019127713 от 02.09.2019 г.), принят за прототип, включающий газодобывающий блок, газоподготовительный блок, газотранспортный блок, газоперерабатывающий блок, транспортный блок, газодобывающий, газоподготовительный, газотранспортный, газоперерабатывающий, транспортный блоки входят в основной комплекс, являющийся промышленным центром кластера, газодобывающий блок состоит из выведенных из промышленной эксплуатации бездействующих скважин с газопроводами-шлейфами, с пластовым давлением низконапорного природного газа не более 22 атм. (2.2 МПа), с возможностью подачи данного газа посредством остаточного пластового давления через газоподготовительный блок, в газотранспортный блок, представляющий из себя систему магистральных газопроводов, в том числе и сертифицированных на давление ниже магистрального, точка схождения которых расположена на расстоянии не более 500 км. от выведенных из промышленной эксплуатации бездействующих скважин, газоперерабатывающий блок включает завод синтетических жидких топлив (СЖТ) для производства дизельного топлива, бензина, авиационного керосина; завод для производства азотных удобрений; завод для производства микробного белка гаприна; установки для разделения воздуха на компоненты, а основной комплекс, являющийся промышленным центром кластера, также включает блок готовой продукции, при этом в газоперерабатывающий кластер входит обслуживающий комплекс, включающий обеспечивающий блок, жилой блок, блок безопасности, обслуживающий блок.

Кроме того расположение газоперерабатывающего кластера предполагается вблизи газового месторождения, в месте ближайшего схождения магистральных газопроводов со всех выведенных из промышленной эксплуатации бездействующих скважин; транспортный блок включает межпромысловые автомобильные дороги, железнодорожный, автомобильный, авиа и морской транспорт; блок готовой продукции, представляет комплекс по ее хранению и отгрузке; обеспечивающий блок обслуживающего комплекса включает системы энерго-теплоснабжения, водоснабжения и водоотведения; жилой блок обслуживающего комплекса содержит вахтовые жилые комплексы для обслуживающего персонала, входящего в обслуживающий блок; блок безопасности обслуживающего комплекса включает пожарные депо, системы противопожарного водоснабжения, медицинские пункты, контрольно-пропускные пункты, ограждения и системы видеонаблюдения; возможно использование уже имеющихся функциональных составляющих, входящих в газодобывающий блок газоподготовительный блок, газотранспортный блок, транспортный блок, обслуживающий блок, блок безопасности, обеспечивающий блок; входящее в газоперерабатывающий блок производство микробного белка гаприна на основе природного газа обеспечивается теплом, сопровождающем синтез СЖТ и производство азотных удобрений.

К недостаткам известного изобретения, принятого за прототип, можно отнести следующие признаки. В известном газоперерабатывающем кластере не используют преимущества магистрального газа давлением до 10 МПа, не размещают кластер вблизи газокомпрессорных станций и не улучшают процесс получения микробного белка гаприна путем рекуперации сточной воды и не используют для этого гидраты метана.

Задачей данного изобретения является максимальное использование ресурса существующих газотранспортной и газораспределительной систем магистральных газопроводов высокого давления за счет создания высоко маржинального производственного цикла переработки природного газа в микробный белок гаприн непосредственно вблизи инфраструктуры и/или с использованием газокомпрессорных станций.

Технический результат - увеличение экономической эффективности использования магистрального природного газа высокого давления за счет получения непосредственно на предприятиях, имеющих подвод такого газа, высоко маржинального и востребованного продукта - микробного белка гаприна с применением гидратов метана для рекуперации оборотной воды.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что газоперерабатывающий кластер и способ его организации для производства микробного белка гаприна, включающий системы энерготеплоснабжения, водоснабжения и водоотведения, установки для разделения воздуха на компоненты, завод для производства микробного белка гаприна, с возможностью подачи природного газа посредством остаточного давления через систему магистральных газопроводов, в том числе и на давление ниже магистрального имеет особенность, заключающуюся в том, что используют магистральный природный газ высокого давления до 10 МПа для получения гидратов метана, которыми осуществляют полное и/или частичное питание микробной биомассы гаприна, при этом гидраты метана получают непосредственно из магистрального природного газа высокого давления на газокомпрессорных станциях магистральных газопроводов, где осуществляют полную и/или частичную рекуперацию сточных вод процесса получения микробного белка гаприна путем выделения чистой воды в виде гидратов метана, а концентрированный фильтрат используют, например, в качестве комплексного удобрения.

Кроме того, производства гаприна из добываемых гидратов метана располагают непосредственно на добывающих платформах вблизи мест разведения рыбных аквакультур на шельфе в открытом море.

Кроме того, производства гаприна располагают на предприятиях синтеза аммиака, где дополнительно используют азотсодержащие соединения в качестве питательной подкормки биомассы синтеза гаприна.

Кроме того, производства гаприна располагают на предприятиях синтеза метанола, где дополнительно используют метанол в качестве питательной среды для биомассы синтеза гаприна.

Кроме того, производства гаприна располагают на таких предприятиях как: металлургические заводы, тепловые электрические станции, метановые заправочные станции и предприятия по получению сжиженного углеводородного газа, где имеется подвод магистрального природного газа высокого давления.

Предлагаемое изобретение реализуют следующим образом, представлен чертеж Фиг. 1.

Магистральный природный газ 1 поступает в узел редуцирования 2, где делится на два потока: редуцированный газ 3 и питательный газ 4. Редуцированный газ 3 направляется в энергетическую установку 5 и в биореактор 6, а питательный газ 4 направляется в узел получения гидратов метана 7, из которого поток гидратов метана 8 направляют в биореактор 6. В реактор 6 подают кислород 9 из блока разделения воздуха 10 или подают воздух 11 или разбавляют кислород азотом 12. Абгаз 13 из реактора 6 подают в абсорбционную колонну 14, куда также подают чистую воду 15, получая при этом очищенный абгаз 16, который подают в энергетическую установку 5, а промывочный раствор 17 подают в узел получения гидратов метана 7. Культуральную жидкость 18 подают в сепаратор 19, откуда микробную массу 20 отправляют на дальнейшую переработку, а фильтрат 21 подают в узел получения гидратов метана 7, откуда концентрат 22 направляют, например, на получение удобрений.

Пример 1.

Магистральный природный газ 1 с абсолютным давлением до 10 МПа поступает в узел редуцирования 2, где делится на два потока: редуцированный газ 3 и питательный газ 4. Редуцированный газ 3 направляется в энергетическую установку 5 и, необязательно, в биореактор 6.

Энергетическая установка 5 может быть организована любым известным способом, предпочтительно, модульным, например модулями газотурбинных двигателей ГТД-1250. Давление редуцированного газа 3 составляет до 1.2 МПа, что позволяет производить подпитку биореактора 6, работающего под давлением, или группы таких биореакторов.

Редуцирование в узле 2 приводит к падению температуры газа, что положительно влияет на получение гидратов метана в узле 7, куда подают питательный газ 4 с давлением до 8 МПа. Предусмотрен реверс избыточного питательного газа 4 обратно в узел редуцирования 2 для утилизации не вступившего во взаимодействие с водой газа, с повышенным содержанием этана, пропана и т.п. Внутреннее устройство узла 7 не раскрывается в настоящем изобретении и может быть организовано любым известным способом. Продукцией узла 7 является поток гидратов метана 8, например, в виде шуги - дисперсии гидратов метана в воде. Соотношение потоков гидратов метана 8 и редуцированного газа 3 может быть изменено в любом значении.

В реактор 6, устроенный любым известным способом, обеспечивающим работу под давлением, подают кислород 9 из блока разделения воздуха 10, рассчитанного на давление до 1.2 МПа. Предпочтительно, мембранное устройство блока 10 или применение коротко-цикловой адсорбции, не исключая раздельного использования жидких кислорода и азота. Через блок 10 можно подавать воздух 11 или разбавлять кислород 9 азотом 12, который также используется в технических целях предприятия в необходимой степени. Азот 12 также используется для обслуживания технологического оборудования предлагаемого изобретения.

Абгаз 13 из реактора 6 подают в абсорционную колонну 14, куда также подают чистую воду 15, получая при этом очищенный абгаз 16, который подают в энергетическую установку 5, а промывочный раствор 17 подают в узел получения гидратов метана 7.

Абгаз 13 представляет собой газо-водяную дисперсию, содержащую микробную биомассу, соли, органические кислоты, метан, кислород. Наиболее безопасным способом утилизации которой является дожигание, для чего, перед подачей в энергетическую установку 5, ее необходимо промыть водой. Образующийся промывочный раствор 17 идет на получение гидратов метана. Стоимость кубометра воды в синтезе гаприна из метана значительно больше стоимости кубометра природного газа, поэтому меры по рекуперации оборотной воды сильно влияют на рентабельность процесса.

Культуральную жидкость 18 подают в сепаратор 19, откуда микробную массу 20 отправляют на дальнейшую переработку любыми известными способами. Фильтрат 21 подают в узел получения гидратов метана 7, откуда концентрат 22, содержащий минеральные соли аммония и микроэлементы направляют, например, на получение удобрений, или утилизируют любыми известными способами.

Использование гидратов метана для получения микробного белка гаприна не описано в литературе и может стать основным методом получения гаприна в связке с размещением производств в соответствии с данным изобретением.

Пример 2.

Известно, что неисчерпаемые залежи гидратов метана находятся на дне океанов и шельфовых морей. Предлагаемое изобретение может быть использовано для производства гаприна из добываемых гидратов метана непосредственно на добывающих платформах, вблизи мест разведения рыбных аквакультур, основного перспективного потребителя гаприна.

Пример 3.

Крупными потребителями магистрального природного газа являются предприятия синтеза аммиака, которые, зачастую, являются производителями метанола и карбамида. Предлагаемое изобретение может быть использовано для производства гаприна на таких предприятиях, при чем дополнительным решением является использование азотсодержащих соединений в качестве питательной подкормки синтеза гаприна. В случае производства метанола уместно опробовать технологию получения микробного белка из метанола. Метанол требует особых мер обращения, что уже реализовано на данных предприятиях.

Пример 4.

Магистральный газ высокого давления подводится к таким предприятиям как: металлургические заводы, тепловые электрические станции, метановые заправочные станции и предприятия по получению СУГ - сжиженного углеводородного газа, где предлагаемое изобретение может быть использовано для производства гаприна.

Использование гидратов метана в качестве полного или частичного питания биореактора имеет несколько преимуществ. Гидраты метана медленно высвобождают в биореакторе метан, находящийся в гидратированной форме, при этом значительно снижается опасность взрыва абгаза и растет процент использования метана. Кроме того, гидраты содержат чистый метан, что положительно влияет на биомассу микробов за счет исключения вредных для процесса углеводородов - гомологов метана.

Изобретение относится к газотранспортной промышленности. Раскрыт способ организации газоперерабатывающего кластера для производства микробного белка гаприна, включающий подачу магистрального природного газа высокого давления до 10 МПа через систему магистральных газопроводов газокомпрессорных станций в узел редуцирования, разделение газа на два потока, один из которых направляется в узел получения гидратов метана, которые затем используют в реакторе для получения микробного белка гаприна, а другой - в энергетическую установку или реактор, при этом в реактор также осуществляют подачу газа, полученного из блока разделения воздуха на компоненты, с последующим выходом из реактора абгаза и культуральной жидкости, первый из которых очищают, осуществляя при этом полную и/или частичную рекуперацию полученных сточных вод в узел получения гидратов метана, а культуральную жидкость направляют на разделение с отделением микробного белка гаприна и фильтрата, который направляют в узел получения гидратов метана с дальнейшей утилизацией. Изобретение обеспечивает максимальное использование ресурса существующих газотранспортной и газораспределительной систем магистральных газопроводов высокого давления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 пр.

1. Способ организации газоперерабатывающего кластера для производства микробного белка гаприна, включающий подачу магистрального природного газа высокого давления до 10 МПа через систему магистральных газопроводов газокомпрессорных станций в узел редуцирования, разделение его на два потока, один из которых направляется в узел получения гидратов метана, которые затем используют в реакторе для получения микробного белка гаприна, а другой - в энергетическую установку или реактор, при этом в реактор также осуществляют подачу газа, полученного из блока разделения воздуха на компоненты, с последующим выходом из реактора абгаза и культуральной жидкости, первый из которых очищают, осуществляя при этом полную и/или частичную рекуперацию полученных сточных вод в узел получения гидратов метана, а культуральную жидкость направляют на разделение с отделением микробного белка гаприна и фильтрата, который направляют в узел получения гидратов метана с дальнейшей утилизацией.

2. Способ по п. 1, в котором утилизация фильтрата представляет собой получение комплексного удобрения.