CN102174609A - 驱油生物表面活性剂的现场发酵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种驱油生物表面活性剂的现场发酵系统，其特征在于将发酵生产驱油生物表面活性剂的发酵体系连接到油田的注水系统中，发酵获得的发酵液直接与回注清水混合后注回管网。上述的发酵液是用来生产鼠李糖脂，发酵菌株是Pseudomonas aerugmosa DG30。本发明的系统只需对现有的油田水处理系统做简单的技术改造，改造成本低，但是经济效益高，并且操作简便。通过驯化后稳定的合成生物表面活性剂的菌群，以连续补料分批发酵的方式，能够源源不断的生产鼠李糖脂，鼠李糖脂的发酵液经注入水稀释或复配后直接使用，从而大大降低了生物表面活性剂的生产、运输和应用一系列环节的成本，提高了生物表面活性剂应用的经济性。
Description
技术领域
本发明属于驱油生物表面活性剂应用技术领域，具体涉及一种驱油生物表面活性剂的现场发酵系统，本发明的系统能够在现有的油田注水系统中发酵驱油用生产生物表面活性剂。
背景技术
生物表面活性剂主要是由微生物所产生的一类具有表面活性的生物大分子物质，除均有化学合成的表面活性剂的一般物理化学特征外，还具有一般化学合成表面活性剂所不具备的无毒、降解效率高等优点。生物表面活性剂的这些特性尤其适合于石油工业和环境工程，如石油的生物降粘、提高原油采收率、重油污染土壤的生物修复等。鼠李糖脂是一种最为重要的生物表面活性剂，它具有乳化、破乳、增溶、降低表/界面张力等功能。鼠李糖脂一般由假单胞菌产生，其亲水基团一般由1-2分子的鼠李糖构成，疏水基团一般由1-2分子具有不同碳链长度的饱和或不饱和脂肪酸构成。鼠李糖脂是国内最早研究并成功产业化的生物表活剂，大庆油田将该物质部分取代三元复合驱中的化学表活剂，取得了很好的效果。然而，现有的鼠李糖脂的生产方法主要是利用铜绿假单胞菌株进行工厂化发酵生产，在发酵结束后，还需对产物进行提取纯化，提纯后的产品再经运输环节到达油田，重新配制成溶液后使用，整个应用环节不仅能耗巨大，并且增加了鼠李糖脂的应用成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种驱油生物表面活性剂的现场发酵系统，即利用Pseudomonas aeruginosa DG30菌株在油田回注水处理系统中实现在线的生物表面活性剂生产，以弥补现有技术的不足。
本发明的铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa DG30菌株能够稳定代谢鼠李糖脂的微生物菌株，该菌株可在开放系统中(无灭菌条件下)保持稳定，并代谢产生高浓度的鼠李糖脂。本专利的菌株Pseudomonas aeruginosa DG30已在2011年1月1日出版的Petroleum Science and Technology杂志上发表，论文题目为： The Utilization of Lipid Waste for Biosurfactant Production and Its Applicationin Enhancing Oil Rec
本发明的技术方案如下：
本发明的现场发酵系统，是将发酵生产驱油生物表面活性剂的发酵体系连接到油田的注水系统中，发酵液直接与回注清水混合后注回管网。
本发明的现场发酵系统，其发酵体系是用油田的回注清水来配置发酵用的培养基；且利用油田采出液来调控温度。
上述的发酵液中含有鼠李糖脂，其中发酵菌株是Pseudomonas aeruginosaDG30；其中，发酵液与回注清水以1∶10～100比例混合后回注管网。
本发明的现场发酵系统的应用方法如下：
将发酵生产驱油生物表面活性剂的发酵系统连接到油田的注水系统中，将接种了Pseudomonas aeruginosa DG30菌株的培养液注入发酵系统的发酵罐中，采用气升式搅拌发酵液，发酵温度控制在33℃～35℃，发酵时间为120h，发酵结束后停止通气搅拌，使固液分离；将发酵液直接与回注清水混合后注回管网；在发酵罐中继续补加发酵液进行下一轮发酵，多周期运行后，产生的过多菌体和不溶物由发酵罐下端出料口排出。
本发明发酵系统专用的发酵罐，包括有发酵罐体、设置在发酵罐体上部的进料口、设置在发酵罐体底部的出料口，和安装在发酵罐体下方的出液口，其特征在于，还包括有与空气压缩机连接的、安装在发酵罐体内部，位于出料口上方的气体喷射头，以及带有控温开关的，用于调控温度的控温排管。
为了更好的搅拌发酵液，在发酵罐体内的气体喷射头的上方安装有内置环流套筒，所述的环流套筒上安装有不少于两个的气体分散筛。
气体喷射头、内置环流套筒、气体分散筛和空气压缩机构成了发酵系统的供气装置，使系统能够采用气升式搅拌原理借由空气喷射器将发酵罐内外的发酵液形成闭路循环，从而使发酵液充分搅拌，溶氧均匀。
为了更好的检测发酵情况，在发酵罐体内还安装了pH探头和温度探头，在发酵罐体的顶部还安装了一个观察窗口。
温度探头和控温开关、控温排管组成了发酵装置的温控系统，可采用循环水加热，也可利用采出液的余温对发酵罐进行保温。
本发明的在线发酵系统安装在现有油田的水处理系统上，改造成本低，但是经济效益高，并且操作简便。通过驯化后稳定合成生物表面活性剂的菌群，以连续补料分批发酵的方式，能够源源不断的生产鼠李糖脂，包含有鼠李糖脂的发酵液经注入水稀释或复配后直接使用，从而大大降低了生物表面活性剂的生产、运输和应用一系列环节的成本，提高了生物表面活性剂应用的经济性。
附图说明
图1为本发明的发酵系统在现有注水处理系统中的流程位置。
图2为本发明的驱油生物表面活性剂的发酵罐结构示意图。
其中：1、发酵罐体 2、观察窗口 3、进料口 4、出料口 5、pH探头6、温度探头 7、内置环流套筒 8、气体喷射头 9、气体分散筛 10、空气压缩机 11、控温排管 12、控温开关 13、出液口
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详尽阐释
一、Pseudomonas aeruginosa DG30菌株的相关信息
1、菌株的培养条件
本发明的Pseudomonas aeruginosa DG30菌株可以在假单胞菌琼脂基础培养基等弱碱性培养基上生长，生长温度为33～41℃，最适生长温度为35℃。发酵培养基的配方如下(g/L)：植物油40、硝酸钠1.5、硫酸镁0.5、氯化钾0.1、磷酸二氢钠9.45、磷酸氢二钠11.38，调节pH值为7.0±0.2。
2、菌株的形态特征
在血平板上，菌落扁平、边缘不整齐、湿润、向四周扩散、培养基上常有水溶性的蓝绿色色素，有β-溶血环和特殊气味。
3、菌株的理化参数
革兰染色为革兰阴性的直杆菌，两端钝圆。氧化酶阳性、氧化葡萄糖和木糖产酸不产气，还原硝酸盐为亚硝酸盐或产生氮气。利用柠檬酸盐、精氨酸双水解酶阳性。42℃生长。
本专利的菌株Pseudomonas aeruginosa DG30已在2011年1月1日出版的Petroleum Science and Technology杂志上发表，论文题目为：The utilization of lipidwaste for biosurfactant production and its application in enhancing oil recovery.Petroleum Science and Technology。菌株Pseudomonas aeruginosa DG30保藏在位于天津空港经济区西七道32号的天津工业生物技术研究所，申请人保证自申请日起20年内向公众发放该菌株。
二、本发明的现场发酵系统
图1显示了本发明的驱油生物表面活性剂发酵系统在现有油田注水流程中的位置，开采出来的原油采出液加入絮凝剂、脱硫剂后，再经过三相分离器回收原油，之后用于帮助开采的水中加入阻垢剂、缓蚀剂后，经多级过滤得到了可排放或再次用于原油辅助开采的回注清水，而发酵所用水源为处理后未添加杀菌剂的回注清水，发酵生产结束后，发酵液与回注水以1∶10～100比例混合后直接进去回注管网。
图2是本发明的发酵系统中的发酵罐的结构示意图，发酵罐除了包括有发酵罐体1外，还包括有供气搅拌系统和温控系统，其中供气搅拌系统由气体喷射头8、气体分散筛9和空气压缩机10组成；温控系统由控温开关12和控温排管11组成。当开始发酵的时候，启动空气压缩机10，空气由气体喷射头8向上喷射，使发酵液通过安装在环流套筒7上的气体分散筛9向上流动，再返回底部，形成了循环，从而使发酵液物料，溶氧均匀。气体分散筛9上分布有使液体流过的小孔，在环流套筒7上至少安装有两个气体分散筛9。
发酵罐的温控系统包括有控温开关12和控温排管11，循环水可以流过控温排管11来保持发酵罐的温度，为了节省能源，本发明的发酵罐可以利用采出液的余温对发酵罐进行保温，就是将输送采出液的管道通过控温开关12后连接到控温排管11上。本系统控制温度为33℃～35℃，温度低于33℃时控温开关12打开，使循环水或采出液流过控温排管11对发酵罐体1加热开始；当发酵罐体1的温度高于35℃时，温度探头6将采集的信息发给外接的控制器上，由控制器来停止控温开关来关闭控温排管11，从而停止加热。控制器可以是市售的任一可编程的单片机，如采用现有的8051F020单片机作为控制器。
发酵罐体1的体积可以随生产规模的变化而调整尺寸，在发酵罐体1的上方安装有进料口3，进料口最好是安装在发酵罐体1的顶部；在发酵罐体1的下方底部设有一个出料口4，用以排除发酵完的菌体和杂质。发酵罐体1上也安装有pH探头，用以检测发酵液的pH变化。也可以在发酵罐体1的上部安装个观察窗口2，观察发酵情况。发酵完成后，上清发酵液通过出液口13排出，与回注清水混合后注入管网，出液口13位于发酵罐体下部，但在气体喷射头的上方，从而保证每一批次留下1/4作为下次发酵的菌种液。
三、本发明的现场发酵系统的运行方式
将本发明的发酵系统安装在油田注水系统中，即将发酵管的控温排管11与输送采出液的管道连接，中间由温控开关12来限定连通的状态。同时出液口13有管路通到回注清水中。
具体操作中以回注清水配制发酵液，并由发酵罐体1上部的进料口3进入，发酵菌种为以Pseudomonas aeruginosa DG30菌株为主要菌株的菌群，发酵采用连续补料分批发酵的方式，即一批发酵完成后，再加入新的培养基进行第二批次的发酵。发酵时通过供气搅拌系统和温控系统实现稳定的发酵条件。发酵结束后，停止通气，使发酵液中的菌体和部分不溶物沉淀，取上层发酵液进入注入系统，留取1/4～1/3发酵液作为接种物，继续补加发酵液进行下一轮发酵，多周期运行后，产生的过多菌体和不溶物可经由发酵罐下端喇叭口流出，以保证整个体系工作相对稳定。同时，应及时监测发酵罐中的菌群组成情况，及时补种保证较高的生物表面活性剂产量。
实施例1：
首先用回注清水来配制发酵培养基10m3以上，调节好pH值后，从发酵罐的进料口3加入到发酵罐体1中进行发酵。初次发酵时须接种入Pseudomonasaeruginosa DG30菌株，后续发酵以补料分批发酵方式进行，无需作再次接种。首先温度探头6和pH探头5检测发酵罐体1中的参数，将参数传递给控制器8051F020单片机，由控制器决定是否开启控温开关12来加热。然后开启空气压缩机10，使空气由气体喷射头8向上喷射，使发酵液通过安装在环流套筒7上的气体分散筛9向上流动，再返回底部，形成了循环，从而使发酵液物料，溶氧均匀，更有利于充分发酵。当温度低于33℃时，控制器发出指令给控温开关12，控温开关12打开，使采出液流过控温排管11，对发酵罐体1中的发酵液加温。在发酵过程中可以通过观察窗口2查看发酵情况。在发酵120h后，关闭空气压缩机10，使发酵液进行沉淀，在沉淀3h后，打开出液口13，使包含有鼠李糖脂的发酵液流入回注清水中，与回注清水混合比例为1∶100～1∶10，再一同注入管网。当发酵罐体内发酵液液面低于出液口13后，关闭出液口13，再将用回注清水配制的发酵液由进料口3注入到发酵罐体1中进行下一轮发酵，多周期运行后，产生的过多菌体和不溶物由发酵罐下端出料口4排出。当发酵轮次过多的时候，可以再重新接种菌种，以保持发酵效率。
本发明所述驱油生物表面活性剂的“在线”生产系统进行了10m3发酵罐的小规模发酵，系统连续运行20个周期，发酵菌群保持稳定，生物表面活性剂产量较高，取其中第5、10、15轮次发酵液进行了产物浓度监测，结果如下表：
发酵液的主要组成及含量(底物植物油浓度40g/L)
将本发明所生产的驱油用生物表面活性剂进行现场驱油试验，通过生物表面活性剂驱油实验井组与空白井组的对比发现，使用表面活性剂驱油井组平均单井日产量提高20％以上，采出液含水率明显下降，单井组应用生物表面活性剂驱累计注入量为0.1PV(5200方)，累计增油2800余吨，井组采收率提高约5.2％，投入产出比1∶35以上，获得了良好的经济效益。本发明同现有的方法所产生物表面活性剂驱油效率接近，但本发明的方法由于利用油田的采出清水配制培养基，以及采出液的余温加热发酵，既节省了能源材料，也减少了运输的费用，拥有较好的实用经济性。
Claims (10)
1.一种驱油生物表面活性剂的现场发酵系统，其特征在于是将发酵生产驱油生物表面活性剂的发酵体系连接到油田的注水系统中，发酵获得的发酵液直接与回注清水混合后注回管网。
2.如权利要求1所述的现场发酵系统，其特征在于上述的发酵体系是利用油田的回注清水来配置发酵用的培养基。
3.如权利要求1所述的现场发酵系统，其特征在于上述的发酵体系是用油田采出液来调控温度。
4.如权利要求1所述的现场发酵系统，其特征在于上述的发酵液是用来生产鼠李糖脂，发酵菌株是Pseudomonas aeruginosa DG30。
5.如权利要求4所述的现场发酵系统，其特征在于上述的发酵的步骤如下：将接种了Pseudomonas aeruginosa DG30菌株的琼脂基础培养基注入发酵系统的发酵罐中，采用气升式搅拌发酵液，发酵温度控制在33℃～35℃，发酵时间为120h，发酵结束后停止通气搅拌，使固液分离；将发酵液直接与回注清水混合后注回管网；在发酵罐中继续补加发酵液进行下一轮发酵，多周期运行后，产生的过多菌体和不溶物由发酵罐下端出料口排出。
6.如权利要求5所述的现场发酵系统，其特征在于上述的发酵液与回注清水以1∶10～100比例混合后回注管网。
7.权利要求1所述的现场发酵系统所用的发酵罐，包括有发酵罐体(1)、设置在发酵罐体(1)上部的的进料口(3)、设置在发酵罐体(1)底部的出料口(4)，和安装在发酵罐体(1)下方的出液口(13)，其特征在于，还包括有与空气压缩机(10)连接的、安装在发酵罐体(1)内部，位于出料口(4)上方的气体喷射头(8)，以及带有控温开关(12)的，用于调控温度的控温排管(11)。
8.如权利要求7所述的发酵罐，其特征在于上述的气体喷射头(8)的上方安装有内置环流套筒(7)，所述的内置环流套筒(7)上安装有不少于两个的气体分散筛(9)。
9.如权利要求7所述的发酵罐，其特征在于上述的发酵罐体(1)内还安装了pH探头(5)和温度探头(6)。
10.如权利要求7所述的发酵罐，其特征在于上述的发酵罐体(1)上安装有观察窗口(2)。
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