Коммерциализация научных разработок в БИОТЕХНОЛОГИИ.

 

Моб.тел.: +7- 985-5430140; 

Viber, WhatsApp, imo, Telegram, BOTIM

Электронная почта: furex@yandex.ru

Скайп: Sergey.gluhih

www.sergeyglukhikh.jimdofree.com

Контакт

Корм вместо факелов

Комбикорма №01_2015_063-068 статья.pdf
Adobe Acrobat Document 551.2 KB

Корм вместо факелов.

С. Глухих.

 

«…По-прежнему, несмотря на уже принимаемые меры, значительная  часть этого ресурса ис-

пользуется нерационально, имею в виду попутный газ. Около четвертидобываемых объемов

просто сжигается в факелах. 24,6 процента, или 16,2 миллиарда кубических метров. Страшно

сказать, это больше, чем потребление некоторых европейских стран в год».

                                                                                                                                В. В. Путин

                                                                 (Заседание Комиссии по вопросам стратегии  развития      

                                                                ТЭК и экологической безопасности, 23 октября 2012 года)

 

   Потребность в белке столь велика, что учёные всего мира упорно ведут поиск новых источников сырья для его, в том числе и  микробиологического, синтеза. Особый интерес представляет природный газ, который состоит в основном из самого простого по строению и самого лёгкого углеводорода – метана (СН4). На его основе и с использованием метанотрофных аэробных бактерий возможно производство высокоэффективного белкового продукта – биопротеина гаприн. 

В 1983 -1989 годах в СССР планировалось построить заводы по производству гаприна из природного газа в Томске, Оренбурге и Коми АССР суммарной мощностью до 10 млн. тонн в год.

   С распадом СССР, прекратилось государственное финансирование, работа экспериментального производства гаприна (1985-1994 г.г.) на Светло - Ярском заводе БВК была остановлена, сама установка ликвидирована.   

В настоящее время Россия испытывает дефицит кормового белка в 2 млн. тонн в год. Мировой дефицит белка превышает 30 млн. тонн в год.

   Природный газ для России является стратегическим  экспортным продуктом, однако гаприн можно производить и из природного газа отработанных газовых месторождений, закрытых в связи с низким дебетом скважин.

  Кроме природного газа, метан на 50 - 60% входит в состав попутного нефтяного  газа (ПНГ), получаемого при добыче нефти на месторождениях, который чаще всего сжигается в факелах. География нефтедобычи и получения ПНГ - практически вся территоря России. ПНГ – это природный углеводородный газ, растворённый в нефти или находящийся в «шапках» нефтяных или газоконденсатных месторождений. В отличие от природного газа, ПНГ содержит в своём составе кроме метана и этана большую долю пропанов, бутанов и паров более тяжёлых углеводородов. Во многих ПНГ, в зависимости от месторождения, содержатся также не углеводородные компоненты: сероводород и меркаптаны, углекислый газ, азот, гелий и аргон.

  

При вскрытии нефтяных пластов обычно сначала начинает фонтанировать газ нефтяных «шапок». Впоследствии основную часть  добываемого ПНГ составляют газы, растворённые в нефти. Газ газовых «шапок», или свободный газ, является более лёгким по составу (с меньшим содержанием тяжёлых углеводородных газов) в отличие от растворённого в нефти газа.

  Начальные стадии освоения месторождений обычно характеризуются большими ежегодными объёмами добычи ПНГ с большой долей метана в своём составе. При длительной эксплуатации  месторождения дебет ПНГ сокращается и большая доля газа приходится на тяжелые составляющие.

   Нефтяным компаниям  до последнего времени было проще платить государству штрафы за сжигание ПНГ в факелах, не считаясь с экономическими потерями этого сырья и ущербом для экологии от продуктов горения.

  Биотехнология получения гаприна универсальна и позволяет в качестве сырья для  производства гаприна использовать не только «товарный» природный газ, но и ПНГ месторождений нефти и ПНГ образующийся при переработке нефти на НПЗ..

   Авторы «Аналитического доклада об экономических и экологических издержках сжигания попутного нефтяного газа в России», (Москва, МГУ, 2013 год) утверждают:

1.ПНГ в России традиционно рассматривался не как ценный ресурс, а как побочный продукт нефтедобычи, наиболее простой способ использования которого — факельное сжигание на нефтепромыслах. Однако развитие газонефтехимической (и биотехнологической,- Авт.) переработки ПНГ может способствовать повышению экономической и экологической эффективности нефтяного сектора, развитию отрасли газонефтехимии и биотехнологии, а также реализации государственных задач, включая задачу повышения уровня продовольственной безопасности. В связи со сжиганием попутного нефтяного газа в факелах и сжиганием ПНГ для производства электроэнергии наша страна ежегодно теряет более 12 млн т. ценного сырья, а потери экономики могут составлять более 24 млрд долл.

   Россия является мировым «лидером» по факельному сжиганию ПНГ, объем которого в 2012 году составил 16,2 млрд м3. Этого количества ПНГ достаточно чтобы выработать по имеющейся технологии 2 млн.т. гаприна, т.е. практически закрыть существующий дефицит кормового белка в стране.

   При сжигании ПНГ образуются сажа, оксиды азота, монооксид углерода, «проскочившие углеводороды», бензол, фосген, толуол, тяжелые металлы (ртуть, мышьяк, хром), сернистый ангидрид, иногда сероводород, сероуглерод, меркаптаны. Вследствие сжигания ПНГ выбросы углекислого газа, являющегося парниковым газом, в России в 2011 году составили около 90 млн т., а совокупная площадь нарушенных почв от воздействия выбросов горящих факелов приблизительно оценивается в 100 тыс. га.

2. Важным шагом снижения уровня сжигания ПНГ стало принятие Постановлений Правительства в 2009 (№ 7) и 2012 (№ 1148) гг., в которых были определены 95%-е нормативы использования и соответствующие санкции — штрафы за сверхнормативное сжигание.

3. Развитие газонефтехимических и биотехнологических производств на основе ПНГ может дать возможность достижения национальных стратегических задач в сфере сохранения окружающей среды, импортозамещения и повышения энергоэффективности.      

   В настоящее время Россия занимает «почетное» первое место в мире по объемам сжигания ПНГ. В то же время, согласно неофициальным данным, объем сжигания попутного нефтяного газа в нашей стране может быть значительно выше — не менее 20 млрд м³.       

  Согласно оценке Всемирного банка, дополнительные доходы российской экономики от квалифицироанной переработки ПНГ могли бы составить более 7 млрд долл. ежегодно, а по данным Министерства природных ресурсов и экологии, наша экономика каждый год теряет не менее 12 млрд долл. В то же время, если учитывать объемы сжигания попутного газа на нефтепромыслах для собственных нужд и электрогенерации, возможности получения сырья и, соответственно, дополнительных выгод для экономики нашей страны могут быть в два раза выше.

  Причины нерационального использования попутного газа в нашей стране связаны с целым рядом факторов. Нередко места добычи нефти находятся далеко от инфраструктуры сбора, транспортировки и переработки нефтяного газа. Ограниченный доступ к системе магистральных газопроводов, отсутствие местных потребителей продуктов переработки ПНГ, отсутствие рентабельных решений по рациональному использованию — все это приводит к тому, что наиболее простым выходом для нефтедобывающих компаний зачастую является сжигание попутного газа на промыслах: в факелах или для выработки электроэнергии и бытовых нужд.

Согласно данным Минприроды, доля факельных установок, оснащенных замерными устройствами сжигания ПНГ, составляет около 80%. При этом оснащенность в отдельных регионах достигает менее 50%.

   Согласно официальной статистике, за 17 лет объем извлечения ПНГ увеличился более чем в два раза — с 25 млрд м3. в 1995 году (Росстат) до 71,9 млрд м3 в 2012 году (ЦДУ ТЭК). Объем же факельного сжигания ПНГ, который в 1995 году составлял 4,75 млрд м3 (Росстат), за прошедший период вырос более чем в три раза — до 16,2 млрд м3 в 2012 году (ЦДУ ТЭК). Одним из факторов, связанных с увеличением объема извлечения ПНГ, стало увеличение объема добычи нефти в связи с освоением новых районов, в частности, на месторождениях Восточной Сибири.

  Специалистами по переработке было введено понятие рентабельности источников ПНГ.

Рентабельность в данном случае определяется с позиций дебета скважин по ПНГ при переработке традиционными методами (сжижение, сепарация, хим. синтез):

- Рентабельными по их мнению считаются месторождения с дебетом ПНГ не менее 50-60 млн. куб.м. газа в год.

- Нерентабельными в этом смысле являются месторождения с дебетом ПНГ от 5-20  до 50 млн. куб.м. газа в год. ПНГ таких месторождений в настоящее время специалисты по технологиям утилизации рекомендуют сжигать.

  Суммарные объёмы рентабельных и нерентабельных месторождений делятся в соотношении 50/50.

  Технология биотрансформации ПНГ в гаприн позволяет использовать и нерентабельные по дебету ПНГ месторождения.  

   Задание на разработку технологии и технологического оборудования на базе модульных мобильных установок биотрансформации ПНГ акцентировано именно на малодебетные месторождения. Они расположены в отдаленных  районах и автономность модульной установки позволяет не только обеспечивать  собственные энергетические потребности за счет использования сопутствующих гомологов метана и отработанных реакторных газов, но и передать часть энергии региону базирования.

  Только для закрытия факелов на месторождениях данной категории (дебет – от 10 млн.куб.м.)  в России,  необходимо изготовить более 1000 установок мощностью по 2000 т. гаприна в год. Одновременно с ликвидацией факелов и, как следствие, снижением вредных выбросов в атмосферу (Экономия квот по Киотскому  Протоколу, а так же его обновленному Парижскому варианту), появляется возможность обеспечения больших территорий доступным и эффективным кормовым белком, что несомненно будет способствовать развитию регионального кормопроизводства. По мнению специалистов сельского хозяйства, ликвидация дефицита животного белка и введение его в состав комбикормов в соответствии с зоотехническими нормами позволит в сжатые сроки значительно увеличить поголовье сельскохозяйственных животных, рыбы и птицы. При этом себестоимость продукции будет снижена в связи с тем, что затраты на производство гаприна, при существующей в настоящее время цене на природный газ, существенно ниже цены рыбной муки, которая в настоящее время является основным белковым компонентом нерастительного происхождения при производстве комбикормов. Используемый ПНГ для производства гаприна на месторождениях может быть и вовсе бесплатным, так как при его сжигании в факелах, нефтедобывающие компании  платят штрафы и рискуют потерять лицензию.  

   Выбор мощности установки биотрансформации ПНГ в гаприн в 2000 т. гаприна в год, позволяет закрыть факелы малодебетных и среднедебетных скважин путем поставки нужного количества модульных установок.  

Белково-витаминный концентрат гаприн – бактериальная биомасса из природного газа с содержанием белка 75-79 % (ТУ-11249895-12-09-92), не токсичен, не обладает канцерогенным и кумулятивным действием. По своему составу гаприн – это белковый продукт с высоким содержанием витаминов группы В (особенно В12), аминокислот и микроэлементов. Являясь полноценным заменителем животного белка в отличии от кормов растительного происхождения (включая злаковые и бобовые культуры),  гаприн обеспечивает сбалансированное аминокислотное питание животных.

   Процесс биосинтеза на ПНГ осуществляется  в водной среде, в которой происходит рост биомассы метанокисляющих микроорганизмов в результате потребления ими метана, свободного кислорода и компонентов минерального питания.  

   Гаприн может выпускаться как в порошкообразном, так и в гранулированном виде.

   Гарантийный срок хранения продукта – один год со дня изготовления. 

                                         Химический состав гаприна: 

Массовая доля сырого протеина в пересчёте на а.с.б*.                    70-79 %

Массовая доля золы в пересчёте на а.с.б*.                                       не более 10%

Массовая доля влаги                                                                         не более 10%

Массовая доля липидов в пересчёте на а.с.б.*                                 не более 10%

Содержание свинца                                                                           не более 5 мг./кг.

Содержание мышьяка                                                                       не более 2 мг/кг.

Содержание ртути                                                                             не более 0,1 мг/кг.

Содержание кадмия                                                                          не более 0,3 мг/кг.

Содержание аминокислот в пересчёте на а.с.б.*                              не менее 55%

Наличие бактерий Salmonella                                                           отсутствие

Наличие живых клеток продуцента                                                  отсутствие

Общая бактериальная обсеменённость                                           не долее 100 000кл/г.

Наличие Coli-форм                                                                            отсутствие

Лизин                                                                                                  4,0-5,3%

Триптофан                                                                                          1,4-1,6%

Аргинин                                                                                              2,3-3,5%

Серин                                                                                                  1,2-2,3%

Пролин                                                                                                2,3-3,1%

Аланин                                                                                                4,2-4,8%

Цистин                                                                                                0,3-0,5%

Изолейцин                                                                                          2,6-3,0%

Тирозин                                                                                              1,6-2,1%

Гистидин                                                                                            1,7-2,5%

Аспарагиновая кислота                                                                     5,3-5,8%

Треонин                                                                                               2,4-3,0%

Глутаминовая кислота                                                                       6,8-7,8%

Глицин                                                                                                3,0-3,8%

Метионин                                                                                            1,3-1,7%

Валин                                                                                                   4,1-4,2%

Лейцин                                                                                                 4,5-4,9%

Фенилаланин                                                                                       2,3-2,9%

                   ПРИМЕЧАНИЕ:  (*) – а.с.б. – абсолютно сухая биомасса.               

  Гаприн прошёл полный комплекс длительных медико-биологических и хозяйственных испытаний на всех видах сельскохозяйственных животных, птице и рыбе. Полученные данные свидетельствуют об эффективности применения гаприна в рационах животных.

   Министерство сельского хозяйства в 1994 году выпустило Постановление «По применению гаприна в комбикормах и белково-витаминных добавках (БВД) для сельскохозяйственных животных, птицы и рыбы».

   Гаприн вводится в комбикорма и БВД  в количестве 2,5-30% по массе комбикорма по следующим зоотехническим нормам:

 

                 Виды животных                                     Норма, в  %, не более

 

                                                                      по содержанию              по массе

                                                                     сырого протеина           комбикорма

                                                                                                                 

Поросята-сосуны или отъёмыши

до 60-дневного возраста                                        15                                  4

Свиньи в период выращивания и

откорма                                                                    20

Молодняк, холостые супоросные и

лактирующие свиноматки                                     15

Взрослая птица                                                     10-15                             2,5-4,0

Молодняк птицы, в том числе

цыплята-бройлеры                                                15-20                             4-6

Телята шести месячного возраста                       15                                  3-5

Рыба (карп) массой от 1 до 50 г.                                                                30

                     массой от 50 до 200 г.                                                            20

                     массой от 200 г. до

                     товарной массы                                                                      10

В составе: БВД для свиней в период

выращивания и откорма                                      30

                  БВД для телят до 6-ти

месячного возраста                                               25                                   12

 

  При соблюдении указанных выше дозировок гаприна продукты животноводства, полученные при его применении безвредны.

  При этом следует учитывать высокую конкурентоспособность гаприна относительно других видов высокобелкового сырья и, особенно, в сравнении с соевым шротом, рыбной и мясокостной мукой.                                                             

 Технологический  процесс производства гаприна ведётся непрерывно. Бактериальные штаммы метанотрофных, облигатных, аэробных микроорганизмов направленно утилизируют метан, содержание которого в ПНГ может составлять 50 – 60%. Процесс выращивания метанокисляющих микроорганизмов осуществляется с использовании воздуха.

   Созданный банк микроорганизмов позволяет гарантированно обеспечивать выпуск продукции даже при наличии фаговой инфекции штамма продуцента.

  Отделение засевной культуры предназначено для накопления и выращивания засевного материала от лабораторных  пробирок и колб до производственных ферментационных аппаратов.

  Процесс выращивания товарного продукта осуществляют по непрерывному режиму  в ферментационных аппаратах интенсивного массообмена. В аппараты непрерывно подают ПНГ, источник кислородного питания, растворы минеральных солей и отработанную культуральную жидкость, получаемую на стадии концентрирования клеток. В биореакторе автоматически поддерживается оптимальная температура и рН среды.

   Выделение бактерий из культуральной жидкости и их сгущение производится на высокопроизводительных центробежных бактофугах  с выгрузкой фугата. Отработанную  жидкость стерилизуют и возвращают на повторное использование в производственные ферментёры, тем самым обеспечиваются условия, исключающие загрязнение окружающей среды.

  Сгущенная бактериальная масса направляется в непрерывно действующие  плазмолизаторы, где производится термическая обработка и выдерживание при этих условиях в течении 1-2 мин.

  Сушка биомассы осуществляется в сушилках-грануляторах. При этом в схеме обезвоживания предусмотрена рециркуляция  теплоносителя, исключающая сброс его в атмосферу, то есть обеспечивается экологически чистый процесс выращивания биомассы.

  Сухая биомасса с содержанием не более 10% влаги подаётся на расфасовку.

  Образующийся на стадии ферментации отработанный газ является низкокалорийным топливом и эффективно используется в качестве источника энергии на стадии сушки в схеме подогрева теплоносителя. За счёт термического процесса,  происходящего при сжигании абгазов, производится полное исключение попадания микроорганизмов со стадии ферментации в атмосферу 

  Использование низкокалорийного абгаза стадии ферментации позволяет организовать независимое от внешних источников энергии производство гаприна из ПНГ.

  Разработанные энерготехнологические схемы комплексного использования ПНГ обеспечивают 100%-ное  высокоэффективное использование в технологическом процессе газообразных углеводородов.

  Сточные воды направляются на очистные сооружения  и после очистки используются в технологическом процессе повторно, тем самым обеспечивается замкнутость цикла водоиспользования.                                                       

  Экологическая безопасность производства обеспечивается за счёт следующих факторов:

- отсутствия в процессе микробиологического синтеза получения каких-либо вредных или других живых микроорганизмов;

- использования систем очистки воздуха отделения сушки гаприна;

- осуществления биологической очистки оборотной воды, исключающей попадание бактерий и микроорганизмов в водоёмы;

- утилизация отходящих метаносодержащих газов для выработки тепловой и электрической энергии;

- обеспечения безопасности ведения процесса микробиологического синтеза;

   В результате всех указанных и ряда других мер, воздушные выбросы и сбросы сточных вод не превышают допустимых значений по действующим российским и мировым нормам санитарии и экологической безопасности.

  Все технологические процессы оформляются в компактное высоконадежное, эксплуатабельное и эргономичное технологическое оборудование, размещенное в нескольких стандартных 40-футовых фитинговых контейнерах для мультимодальных перевозок. Один из контейнеров представляет собой бытовой жилой блок со всеми удобствами для эксплуатирующего персонала, работающего по вахтовому методу.                                                                    

Данное предложение актуально и выгодно не только для нефтедобывающих компаний и сельхозтоваропроизводителей, но и машиностроительным предприятиям в качестве темы серийного производства с дальнейшей эксплуатацией и обеспечением запчастями, а также постоянной работой по модернизации и совершенствованию данного оборудования в новых поколениях его производства.

   На рисунках представлены образцы внешнего вида технологических контейнеров перерабатывающего комплекса.

 

Данное предложение, в случае его реализации, позволит региону базирования не только создать эффективную кормовую основу для интенсификации животноводства, но и даст перерабатывающей промышленности безопасное и доступное по цене сырьё, а населению - натуральные продукты питания, взамен импортных. Кроме того, сам регион, за счет экспорта востребованного в мире качественного кормового белка, может усилить свой экспортный потенциал.