[发明专利]一种基于生物质合成的甲醇蛋白高效低碳生产系统和方法

权利要求书

1.一种基于生物质合成的甲醇蛋白高效低碳生产方法，其特征是，采用电解制氢为原料，副产氧气与空气复配得到富氧含量在30％～70％的富氧空气通入发酵罐，以提高菌种新陈代谢效率，相应地提高甲醇蛋白的生产效率；秸秆生物质配料经流化床生物质气化炉处理，生物质合成气脱硫后参与反应合成甲醇，环保节能，同时，甲醇蛋白合成的副产CO₂经脱碳捕集、净化压缩回收后补充参与反应合成甲醇，实现零碳排放；水电解制氢、生物质气化炉、甲醇合成三个反应热经余热锅炉处理，产生低压过热蒸汽分别用于流化床生物质气化炉、粗甲醇精馏、后续甲醇蛋白的干燥，富裕余热可回收制备饱和蒸汽外送输出，亦可用于溴化锂制备工艺冷却水，在发酵过程环境温度过高需要时给甲醇蛋白合成系统补充冷量，或作为冷源输出，使能量进一步充分回收利用。

2.根据权利要求1所述的一种基于生物质合成的甲醇蛋白高效低碳生产方法，其特征是，所述方法具体包括如下步骤：

S0、秸秆生物质配料经流化床生物质气化炉处理，生物质合成气脱硫后参与反应合成甲醇，后续步骤甲醇蛋白合成的副产CO₂经捕集、净化压缩回收后补充参与反应合成甲醇，实现CO₂回收利用；电解制氢副产氧气与空气复配得到富氧含量在30％～70％的富氧空气用于后续步骤通入发酵罐；

S1、摇瓶种子培养

选取嗜甲醇菌接种到试管中，加入2％葡萄糖作为碳源、2％胰蛋白胨作为蛋白质、增塑剂和水，摇床振荡培养，得到摇瓶种子；上述所有试剂和试管均需蒸汽消毒；

S2、一级种子培养

一级种子培养在50L的发酵罐中进行；首先按照步骤S1所述成分及配比，在发酵罐中配制30L菌株营养液，对此进行蒸汽灭菌；与此同时对空气过滤器和取样口进行灭菌；灭菌结束后，打开进气阀，向发酵罐中通入步骤S0制备的无菌富氧空气，富氧含量在30％～70％，使罐体内富氧空气压力一直要高于罐体外大气压，打开发酵罐夹套冷却水，降低罐内营养液温度至25-35℃时，开始接种；从发酵罐接种口倒入含嗜甲醇菌摇瓶种子1000mL，随后控制发酵温度在28～30℃，转速150rpm，溶氧40％～50％，培养20～24h后，得一级种子；

S3、二级种子培养

二级种子培养在5m³发酵罐中进行；在发酵罐内配制3m³营养液，二级种子营养液配制成分包括：85wt％磷酸45L，二水硫酸钙1.2kg，硫酸钾24kg，七水硫酸镁18kg，甘油108kg和微量元素溶液9L，其余为水；所述的微量元素溶液为：五水硫酸铜14g/L，碘化钾0.08g/L，一水硫酸锰4g/L，二水钼酸钠0.1g/L，硼酸0.1g/L，六水合氯化钴1g/L；

按照步骤S2灭菌方法对二级种子营养液进行蒸汽灭菌，灭菌完成后，用35wt％的氨水调营养液pH值至4.8～5.0，然后将培养好的一级种子30L接种到3m³的营养液中，接种量为1％；接种前应检查一级种子质量，镜检种子菌体整齐，健壮，无杂菌污染，接种时二级种子罐罐压在0.1～0.3barg，一级种子罐罐压在0.5～1.0barg，通过富氧空气压力将一级种子从一级种子罐压到二级种子罐中，接种完成后，保持二级种子罐温度30～32℃，通风比1:1～1.5vol，罐压0.5barg，pH5.0～5.5，培养24～30h，得二级种子；

S4、发酵罐甲醇蛋白生产

按照步骤S3的蒸汽灭菌方法、及所需成分和配比，制备含二级种子的营养液2罐共10m³，然后以3～4m³/h的进料速度，泵打含二级种子营养液至层流罐中，同时打开蒸汽阀门，将蒸汽与发酵营养液混合，使发酵培养基温度达到121～125℃，进入在层流罐中维持20min后，进入100m³发酵罐中，总进料量为发酵罐体积的10％，即10m³；接种完毕后，关闭进料阀，并将100m³发酵罐温度维持在121℃30min，此时，用蒸汽对与100m³发酵罐相连的富氧空气过滤器、发酵罐取样口、出料口、排气口管道进行灭菌，保证100m³发酵罐及与之相连管道呈无菌状态，灭菌结束后，对100m³发酵罐内的发酵营养液降温到30℃～35℃；用40wt％的氨水调发酵营养液至pH5.0后开始发酵，发酵温度30～32℃，通风比1:1.5～2vol，罐压0.4barg，pH5.0～5.5，培养16～20h；在此过程中蒸汽灭菌后富氧空气不断通入发酵罐底部，并通过搅拌促进氧气溶解；待罐内料液中的甘油消耗完，溶氧开始持续上升，罐内菌体OD600达到36～40，发酵液密度达到100～120g/L，向100m³发酵罐内流加甲醇，甲醇流加量为5～6克/升.小时，当溶氧高于60％以上时，加大甲醇流加量，最大流加量达到10～15克/升.小时，发酵过程中，每8小时补加一次微量元素溶液，每次流加15升，直至发酵结束，发酵72～84小时后，取样测定菌体湿重达550～600g/L，发酵结束，得发酵液；甲醇蛋白合成的副产CO₂与电解单元的电解制氢，反应合成粗甲醇，反应热用于下游粗甲醇精馏辅热，甲醇精馏塔中通入甲醇合成塔中反应合成的粗甲醇，精甲醇用于上述甲醇蛋白合成过程；水电解制氢、生物质气化炉、甲醇合成三个反应热经余热锅炉处理，低压过热蒸汽分别用于流化床生物质气化炉、粗甲醇精馏、后续甲醇蛋白的干燥，其余热与甲醇蛋白合成反应余热一并回收制备外送饱和蒸汽输出；水电解制氢余热用于溴化锂制冷，在发酵过程环境温度过高需要时给甲醇蛋白合成系统补充冷量，或作为冷源输出，使能量进一步充分回收利用；

S5、发酵液出料及细菌处理

发酵结束后，调整含粗产品发酵液的pH值使细菌凝聚，再利用罐压将发酵液导入到发酵液储罐中，静置沉降4～8小时，沉降液经卧螺离心机离心分离得菌泥，滤液灭菌后返回发酵罐使用，菌泥经闪蒸脱水、干燥得到甲醇蛋白产品，蛋白含量达到75wt％以上。