CN103555308A - 槐糖脂在油田采出水用生物缓蚀剂中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以生物表面活性剂槐糖脂或以槐糖脂为有效成分的石油采出水用生物缓蚀剂，属石油化工领域。本发明利用假丝酵母菌（Candidabombicola）发酵制备槐糖脂，具有产量高、成本低、纯度高、工艺方法简单的特点，并将槐糖脂或以制备槐糖脂时的发酵液应用到石油采出水用生物缓蚀剂开发中。当槐糖脂浓度为50mg/L，常温条件下，缓蚀效率达到95％以上，有效地降低了石油采出水对设备和管道的腐蚀率，延长了设备的使用寿命。本发明采用的生物缓蚀剂较现有缓蚀剂产品缓蚀效率高，配制简单，廉价易得，同时具有毒性低且环境友好的特点。

Description

槐糖脂在油田采出水用生物缓蚀剂中的应用
技术领域
本发明涉及一种生物表面活性剂在缓蚀剂中的应用，具体的说，是涉及生物表面活性剂槐糖脂或以槐糖脂为有效成分的混合物在石油采出水用生物缓蚀剂中的应用，属石油化工领域。
背景技术
随着油田的开采，目前约有85%以上的油田正在采用注水增采技术，使得原油中含水量不断增加。油田采出水腐蚀、油田污水处理和回注过程中发生的腐蚀现象严重影响了油田的正常开发。在这些过程中添加缓蚀剂可以有效抑制腐蚀性物质对金属设备及其管线的腐蚀，从而保证油田正常生产和经济效益的提高。目前，国内外油田防腐用缓蚀剂主要有咪唑啉类、含硫有机化合物以及有机磷类缓蚀剂。然而，这些缓蚀剂大多为人工合成的化学缓蚀剂，其潜在的毒性使其应用受到一定的限制。
近年来，随着人类环境保护意识的增强和可持续发展思想的深入，对缓蚀剂的开发和应用也提出了新的要求，新型高效及环境友好的生物缓蚀剂的研发将是未来缓蚀剂的发展方向。
槐糖脂是一种由微生物发酵产生的糖脂类生物表面活性剂，其分子一般由具亲水性的二聚糖和具疏水性的含羟基长链脂肪酸组成，分为内酯型和酸型。相对于化学合成表面活性剂，槐糖脂生物表面活性剂表面活性受极端温度、pH、盐度等条件影响小，具有高乳化活性、低毒、易生物降解等特点。近年来，对于槐糖脂在制药、医学、化妆品、清洗剂等领域的研究已有许多文献报道，然而关于槐糖脂在石油采出水用缓蚀剂方面的应用还未见报道。因此，其在石油采出水用缓蚀剂中有很大的应用潜力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高效、低毒、环境友好的生物表面活性剂槐糖脂在石油采出水用生物缓蚀剂中的应用技术，以减缓或降低石油采出水对设备及管线的腐蚀。
为解决上述技术问题，本发明所用生物缓蚀剂由下述含量的成分配制而成：对假丝酵母菌（Candida bombicola）ATCC 22214进行发酵培养得到槐糖脂精提物配制的水溶液，槐糖脂浓度为10-50mg/L，或者直接采用对假丝酵母菌（Candida bombicola）ATCC 22214发酵培养后得到发酵液的上清液。相关菌株情况见本专利发明人发表文章“槐糖脂生物表面活性剂的结构特征及理化性质初探（环境化学，2011, 30, 1474-1479）”。
本发明所述的槐糖脂通过如下方法制备：
（1）    菌种选择：假丝酵母菌（Candida bombicola）ATCC 22214；
（2）    斜面培养：将菌种接种于添加琼脂的GYU斜面培养基中，于25-30℃培养24-48h；
（3）    种子培养：将步骤（2）培养的菌株，在无菌条件下用接种环挑取一环于50mLGYU液体培养基中，25-30℃条件下，恒温震荡培养24-48h，制得种子培养液；
（4）    发酵培养：将上述种子培养液以5%的体积比的接种量接种于100mL GYU培养基中，然后将菜籽油分别在发酵培养0h和48h时添加到上述GYU培养基中，菜籽油总添加体积为GYU发酵培养液体积的6%-10%，发酵培养温度为25-30℃，恒温震荡培养总时长为120-150h；
（5）    槐糖脂产品的收集：将（4）发酵培养结束后的发酵液进行静置，经过自然沉降后底部棕黄色粘稠液体为纯度较高槐糖脂，同时上层清液为饱和的槐糖脂的水溶液，将上层清液与底部槐糖脂分离后，分别得到槐糖脂粗提物和饱和的槐糖脂的发酵液的上清液。
（6）    槐糖脂粗提物的分离纯化：将上述得到的槐糖脂粗提物溶解到体积为2-4倍的乙酸乙酯中，采用分液漏斗进行分离，收集乙酸乙酯溶液进行减压蒸馏，除去乙酸乙酯，得到槐糖脂精提物。
所述GYU培养基组成为（g/L）：葡萄糖60-100，酵母粉6-10，尿素0.5-1，pH 5.5-6.0；所有培养基在接种前均进行高温高压灭菌处理。
本发明发酵制备槐糖脂产量约为100-120g/L，所制备槐糖脂以内酯型槐糖脂为主要组分，同时含有9种槐糖脂同系物的混合物。槐糖脂的亲水亲油平衡值（HLB）在11~13之间，有利于其在器壁表面形成稳定的缓蚀吸附油膜。使用时将槐糖脂精提物稀释、或将饱和的槐糖脂发酵液的上清液稀释或直接作为石油采出水用生物缓蚀剂使用，具有良好的缓蚀效果。其有益效果在于：
1、本发明制得的槐糖脂是一种以内酯型为主的槐糖脂同系物的混合物，作为生物缓蚀剂在较低的浓度（10-50mg/L）下，对碳钢的缓蚀率可达95.0%以上，有效地减缓了石油采出水对设备和管线的腐蚀速率，延长了设备及管线的使用寿命，具有很高的应用价值。
2、本发明制得的槐糖脂作为生物缓蚀剂具有成本低、毒性小、环境友好的特点，同时其在使用时配制简单、操作简便、投入少，具有很好的推广应用前景。
本发明制得的槐糖脂亲水亲油平衡值采用乳化法测定，具体方法参考文献“表面活性剂HLB值的分析测定与计算                                                
Figure 895651DEST_PATH_IMAGE001
. HLB值的分析测定（精细石油化工, 2011, 2, 11-14）”。
附图说明
图1为实施例1制得的槐糖脂高效液相色谱-质谱联用（HPLC /ESI-TOF /MS）分析总离子流图。
具体实施方式
下面结合附表和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，但不因此而限制本发明。
本发明首先对假丝酵母菌（Candida bombicola）ATCC 22214进行发酵培养，得到槐糖脂的发酵液及槐糖脂成品，然后配制以槐糖脂为主要成分的生物缓蚀剂。选用碳钢试片，采用传统的室内静态挂片实验验证所制备生物缓蚀剂的缓蚀效果，根据试片的腐蚀失重及腐蚀状况，计算缓蚀率。
实施例1：槐糖脂的制备
（1）    菌种选择：假丝酵母菌（Candida bombicola）ATCC 22214；
（2）    斜面培养：将菌种接种于添加20%琼脂的GYU斜面培养基中，于30℃培养48h；
（3）    种子培养：将步骤（2）培养的菌株，在无菌条件下用接种环挑取一环于50mLGYU液体培养基中，30℃条件下，恒温震荡培养24h，制得种子培养液；
（4）    发酵培养：将上述种子培养液以5%的体积比的接种量接种于100mL GYU培养基中，然后将菜籽油分别在发酵培养0h和48h时添加到上述GYU培养基中，菜籽油总添加体积为GYU发酵培养液体积的6%，发酵培养温度为30℃，恒温震荡培养总时长为120h；
（5）    槐糖脂产品的收集：将（4）发酵培养结束后的发酵液进行静置，经过自然沉降后底部棕黄色粘稠液体为纯度较高槐糖脂，同时上层清液为饱和槐糖脂的水溶液，将上层清液与底部槐糖脂分离后，分别得到槐糖脂粗提物和饱和槐糖脂的发酵液的上清液。
（6）    槐糖脂粗提物的分离纯化：将上述得到的槐糖脂粗提物溶解到体积为2-4倍的乙酸乙酯中，采用分液漏斗进行分离，收集乙酸乙酯溶液进行减压蒸馏，除去乙酸乙酯，得到槐糖脂精提物。
所述GYU培养基组成为（g/L）：葡萄糖60，酵母粉8，尿素1，pH 6.0；所有培养基在接种前均进行高温高压灭菌处理。
对得到的槐糖脂精提物结构进行HPLC/ESI-TOF/MS测定分析，所得槐糖脂为含有9种不同结构的槐糖脂同系物的混合物，其中内酯结构的槐糖脂约占槐糖脂总量的74%。见附图1和表1结构分析结果。
 
表1 实施例1制得的槐糖脂同系物及各组分的结构和相对含量
Figure 162684DEST_PATH_IMAGE002
实施例2：本发明槐糖脂在石油采出水用生物缓蚀剂中的应用
（1）生物缓蚀剂A的配制：采用实施例1中得到的槐糖脂精提物配制，制得槐糖脂浓度为10-50mg/L水溶液；
（2）腐蚀试验：按照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5273-2000，对碳钢试片和生物缓蚀剂进行相应预处理后进行静态挂片腐蚀实验，最后计算腐蚀率，结果如表2所示。
表2   25℃，不同浓度缓蚀剂A对碳钢的实验室缓蚀效果评价数据
缓蚀剂A浓度（mg/L） 均匀腐蚀速率（mm/a） 缓蚀率（%）
空白 0.2633  
10 0.0408 84.5
25 0.0248 90.6
50 0.0124 95.3
从表2可以看出，生物缓蚀剂A在较低浓度时表现出较好的缓蚀性能，远远优于SY/T5273-2000标准对石油采出水用缓蚀剂缓蚀率的要求。
实施例3：本发明槐糖脂在石油采出水用生物缓蚀剂中的应用
（1）生物缓蚀剂B的配制：采用实施例1中得到的饱和槐糖脂的发酵液的上清液，进行适当稀释。
（2）腐蚀试验：按照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5273-2000，对碳钢试片和生物缓蚀剂进行相应预处理后进行静态挂片腐蚀实验，最后计算腐蚀率，结果如表3所示。
表3  25℃，不同浓度缓蚀剂B对碳钢的实验室缓蚀效果评价数据
缓蚀剂B 均匀腐蚀速率（mm/a） 缓蚀率（%）
空白 0.2633  
稀释2倍的上清液 0.0522 80.2
稀释1倍的上清液 0.0228 91.3
上清液 0.0103 96.1
从表3可以看出，本发明发酵生产槐糖脂后得到的发酵液的上清液也表现出良好的缓蚀效果。因此，在石油采出水用生物缓蚀剂中，可直接采用未经分离提纯的发酵液，大大降低了缓蚀剂的成本。

Claims (2)

1.槐糖脂在石油采出水用生物缓蚀剂中的应用，其特征在于，所述的槐糖脂通过如下方法制备：
(1)菌种选择：假丝酵母菌（Candida bombicola）ATCC 22214；
(2)斜面培养：将菌种接种于添加20%琼脂的GYU斜面培养基中，于25-30℃培养24-48h；
(3)种子培养：将步骤（2）培养的菌株，在无菌条件下用接种环挑取一环于50mLGYU液体培养基中，25-30℃条件下，恒温震荡培养24-48h，制得种子培养液；
(4)发酵培养：将上述种子培养液以5%的体积比的接种量接种于100mL GYU培养基中，然后将菜籽油分别在发酵培养0h和48h时添加到上述GYU培养基中，菜籽油总添加体积为GYU发酵培养液体积的6%-10%，发酵培养温度为25-30℃，恒温震荡培养总时长为120-150h；
(5)槐糖脂产品的收集：将（4）发酵培养结束后的发酵液进行静置，经过自然沉降后底部粘稠液体为纯度较高槐糖脂，上层清液为饱和的槐糖脂的水溶液，将上层清液与底部槐糖脂分离后，分别得到槐糖脂粗提物和饱和的槐糖脂发酵液的上清液；
（6）槐糖脂粗提物的分离纯化：将上述得到的槐糖脂粗提物溶解到体积为2-4倍的乙酸乙酯中，采用分液漏斗进行分离，收集乙酸乙酯溶液进行减压蒸馏，除去乙酸乙酯，得到槐糖脂精提物；
所述GYU培养基组成为（g/L）：葡萄糖60-100，酵母粉6-10，尿素0.5-1，pH 5.5-6.0；所有培养基在接种前均进行高温高压灭菌处理；
将上述得到的槐糖脂精提物稀释、或将饱和的槐糖脂发酵液的上清液稀释或直接作为石油采出水用生物缓蚀剂使用。
2.根据权利要求1所述的槐糖脂在石油采出水用生物缓蚀剂中的应用，其特征在于：将槐糖脂配制成浓度为10-50mg/L的水溶液。
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