DD138780B1 - METHOD FOR THE MICROBIOLOGICAL DEHYDRATION OF PETROLEUM AND PETROLEUM FRACTIONS - Google Patents
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entschwefelung von Erdöl und Erdölfraktionen unter Verwendung desulfurizierender anaerober Mikroorganismen.The invention relates to a process for the desulfurization of petroleum and petroleum fractions using desulfurizing anaerobic microorganisms.
Erdöl und Erdölfraktionen weisen mehr oder minder umfangreiche Beimengungen unerwünschter Verbindungen auffwie beispielsweise organische Schwefelverbindungen.Petroleum and petroleum fractions have more or less extensive admixtures of undesirable compounds on f such as organic sulfur compounds.
Beim Einsatz des Erdöls und der Erdölfraktionen wirken diese Substanzen korrosiv, führen zu einer hohen Luftverunreinigung durch Schwefeldioxid und vermindern die Aktivität von Katalysatoren der Erdölverarbeitung und Petrolchemie.With the use of petroleum and petroleum fractions, these substances are corrosive, lead to high air pollution by sulfur dioxide and reduce the activity of petroleum refining catalysts and petrochemicals.
Üblicherweise erfolgt die Entfernung der unerwünschten Erdölschwefelverbindungen durch hydrokatalytische Entschwefelung bei hohen Temperaturen und hohem Druck.Usually, the removal of the unwanted petroleum sulfur compounds by hydrocatalytic desulfurization takes place at high temperatures and high pressure.
Die Kosten derartiger Verfahren sind jedoch z.T. sehr beträchtlich und die angewendeten Verfahren nicht für alle Erdölfraktionen universell anwendbar.However, the cost of such procedures is currently limited. very considerable and the methods used are not universally applicable to all petroleum fractions.
Des weiteren sind Verfahren zur aeroben und anaeroben (USP Nr. 2641564) mikrobiologischen Entschwefelung bekannt.Further, methods for aerobic and anaerobic (USP No. 2641564) microbiological desulfurization are known.
Gemäß der genannten Patentbeschreibung wird auf mikrobiologischem Wege unter Luftabschluß eine Hydrierung der organischen Schwefelverbindungen durchgeführt, wobei der dazu benötigte Wasserstoff innerhalb der Reaktionssysteme mikrobiell gewonnen wird. Das bedingt solche Reaktionsgefäße, die mindestens die für zwei unterschiedliche Bakterienspecies notwendigen Nährlösungen aufnehmen können und zwar derart, daß keine wechselseitigen Beeinflussungen auftreten. Die Fermentoren bestehen aus mehreren durch Trennwände abgeteilte Reaktionskammern.According to the cited patent specification, a hydrogenation of the organic sulfur compounds is carried out by microbiological means with exclusion of air, wherein the hydrogen required for this purpose is microbially obtained within the reaction systems. This requires such reaction vessels that can accommodate at least the nutrient solutions necessary for two different bacterial species in such a way that no mutual influences occur. The fermentors consist of several divided by partitions reaction chambers.
Für die mikrobiologische Entschwefelung von Erdölkohlenwasserstoffen werden dabei als Reaktionsbedingungen angegeben:For the microbiological desulphurization of petroleum hydrocarbons, the following reaction conditions are given:
ein Temperaturbereich von 25—75°C, ein pH-Wert von 6,5 bis 7,5 und ein Druckbereich von 1 at bis 300 at, vorzugsweise bei 10 at.a temperature range of 25-75 ° C, a pH of 6.5 to 7.5 and a pressure range of 1 to 300 at, preferably at 10 at.
Die Aktivität der eingesetzten Mikroorganismen wird durch Zusätze komplexer Wachstumsregulatoren erhöht. Der mikrobielle Abbau der Erdölkohlenwasserstoffe wird durch Zusatz von Divertern wie Kohlehydraten eingeschränkt. Als Umwandlungsprodukte der organischen Erdölschwefelverbindungen entstehen neben Schwefelwasserstoff geringe Mengen an Sulfiden und organischen Säuren. Die eingesetzten Fermentoren, aus hochwertigem druckfestem Material, enthalten eingebaute Trennwände oder Membranen, die bei den angegebenen Druckwerten betriebssicher sind.The activity of the microorganisms used is increased by additions of complex growth regulators. The microbial degradation of petroleum hydrocarbons is limited by the addition of diverters such as carbohydrates. As conversion products of organic petroleum sulfur compounds formed in addition to hydrogen sulfide small amounts of sulfides and organic acids. The fermenters used, made of high-quality pressure-resistant material, contain built-in partitions or membranes, which are reliable at the specified pressure values.
Die beschriebenen Fermentoren mit porösen Trennwänden werden unwirksam bei Erdöl und bestimmten Erdölfraktionen, da durch Verklebung der Poren die Stoffwechseltätigkeit der Mikroorganismen beeinflußt wird, die Reaktionen des mikrobiellen Stoffwechsels — der Wasserstoffbildung und Entschwefelung — behindert werden und somit der Entschwefelungsgrad verringert wird.The described fermentors with porous partitions are ineffective in petroleum and certain petroleum fractions, as by bonding the pores, the metabolic activity of microorganisms is affected, the reactions of the microbial metabolism - hydrogen generation and desulfurization - are hindered and thus the degree of desulfurization is reduced.
Bedingt durch eine zu geringe Turbulenz in den Fermentoren verläuft der Stoffübergang ungünstig und infolgedessen konnten selbst bei hohen Verweilzeiten nur geringe Entschwefelungsleistungen erzielt werden.Due to insufficient turbulence in the fermentors, the mass transfer is unfavorable and consequently only low desulfurization rates could be achieved even at high residence times.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, schwefelarme bzw. schwefelfreie Erdöle bzw. Erdölfraktionen durch ein anaerobes mikrobiologisches Entschwefelungsverfahren zu gewinnen, das durch technische Verbesserungen und günstigere Reaktionsführung dem bisher bekannten anaeroben Verfahren technisch und ökonomisch überlegen ist.The aim of the invention is to obtain low-sulfur or sulfur-free petroleum or petroleum fractions by an anaerobic microbiological desulfurization, which is technically and economically superior to the hitherto known anaerobic processes by technical improvements and more favorable reaction.
Die Durchführung des bisher bekannten Verfahrens zur anaeroben Entschwefelung von Erdölkohlenwasserstoffen ist mit Mängeln behaftet, wie z. B. ungünstiger Stoffübergang, Einsatz von mindestens 2 Bakterienspecies, geringer Entschwefelungsleistung, die einen entscheidenden Einfluß auf die Ökonomie des Verfahrens haben.The implementation of the previously known method for anaerobic desulfurization of petroleum hydrocarbons is fraught with defects such. B. unfavorable mass transfer, use of at least 2 bacteria species, low desulfurization, which have a decisive influence on the economy of the process.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, durch technische Verbesserung, gezielte Stammauswahl und günstigere Fermentationsbedingungen ein ökonomisch vorteilhaftes kontinuierliches Verfahren zur anaeroben mikrobiologischen Entschwefelung von Erdöl und Erdölfraktionen zu entwickeln.The object of the invention is to develop an economically advantageous continuous process for anaerobic microbiological desulfurization of petroleum and petroleum fractions by technical improvement, targeted strain selection and more favorable fermentation conditions.
Erfindungsgemäß wird die anaerobe Entschwefelung derart durchgeführt, daß Erdöl bzw. Erdölfraktionen mit einer nichtionogenen, keinen Schwefel enthaltenden oberflächenaktiven Substanz, mit dem wäßrigen Nährmedium, dem Wasser und der aktiven Desulfuriziererkultur so fein emulgiert werden, daß eine quasi-homogene Verteilung der Produkte im wäßrigen Kulturmedium erzeugt wird und während der gesamten Fermentationszeit aufrechterhalten bleibt. Dadurch wird die physiologische Leistung der Entschwefelungskultur vergrößert und eine hohe Stoffaustauschgeschwindigkeit erreicht, die es ermöglicht, bei kurzen Verweilzeiten hohe Entschwefelungsgrade zu erzielen.According to the invention, the anaerobic desulfurization is carried out such that petroleum or petroleum fractions are emulsified so finely with a non-ionic, non-sulfur surfactant, the aqueous nutrient medium, the water and the active Desulfuriziererkultur that a quasi-homogeneous distribution of the products in the aqueous culture medium is produced and maintained throughout the fermentation time. As a result, the physiological performance of the desulfurization culture is increased and a high mass transfer rate is achieved, which makes it possible to achieve high levels of desulfurization at short residence times.
Die kontinuierliche, bei Normaldruck betriebene Fermentation wird in verfahrenstechnisch einfachen Fermentoren ohne poröse Trennwände durchgeführt, wobei eine für die Reaktion des mikrobiellen Stoffwechsels günstige Turbulenz erzeugt werden kann.The continuous, operated at atmospheric pressure fermentation is carried out in process engineering simple fermentors without porous partitions, with a favorable for the reaction of the microbial metabolism turbulence can be generated.
Der für die anaerobe Fermentation notwendige Wasserstoff wird dem Fermentor von außen als technisch hergestelltes Gas zugeführt. Die nach der Fermentation durch Separation abgetrennten Mikroorganismen werden in einem physiologisch aktiven Zustand teilweise oder vollständig in den Fermentor zurückgeführt, so daß stets eine Zelldichte von größer 109 Zellen/ml aufrechterhalten wird.The hydrogen necessary for the anaerobic fermentation is supplied to the fermentor from the outside as a technically produced gas. The microorganisms separated by fermentation after separation are partially or completely returned to the fermentor in a physiologically active state, so that a cell density of greater than 10 9 cells / ml is always maintained.
Erfindungsgemäß erfolgt die Steuerung der kontinuierlichen anaeroben Fermentation bei Anwendung eines einfach zusammengesetzten wäßrigen Nährmediums durch Einhaltung eines rH2-Wertes im Bereich von 1,7 bis 7,0—vorzugsweise von 3,0 bis 6,0 — und eines Redoxpotentials mit einem Eh-Wertvon -20OmV bis -45OmV — vorzugsweise bei -285mV—.According to the invention, the control of the continuous anaerobic fermentation is carried out using a simply composed aqueous nutrient medium by maintaining an rH 2 value in the range from 1.7 to 7.0, preferably from 3.0 to 6.0, and a redox potential with a Value from -20OmV to -45OmV - preferably at -285mV-.
Die eingesetzte Mikroorganismenkultur besteht aus obligat anaeroben, gramnegativen Bakterien der Gattung Desulfovibrio.The microorganism culture used consists of obligate anaerobic, gram-negative bacteria of the genus Desulfovibrio.
Durch die angewendeten Fermentationsbedingungen erfolgt neben der Entschwefelung der Erdölschwefelverbindungen auch eine teilweise Hydrierung der in den Produkten vorliegenden ungesättigten Verbindungen.Due to the fermentation conditions used, in addition to the desulfurization of the petroleum sulfur compounds, partial hydrogenation of the unsaturated compounds present in the products takes place.
Das Verhältnis Erdöl bzw. Erdölfraktion zu wäßrigem Nährmedium kann variiert werden im Bereich von 10-40 zu 90 bis 60.The ratio of petroleum or petroleum fraction to aqueous nutrient medium can be varied in the range of 10-40 to 90-60.
Bei Verweilzeiten von 2-4 Tagen können Entschwefelungsleistungen über 50% erzielt werden.With residence times of 2-4 days, desulphurisation efficiencies over 50% can be achieved.
Ausführungsbeispieleembodiments
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert:The process according to the invention is explained in more detail with reference to the following examples:
Die Anlage zur Durchführung des Verfahrens ist in Figur 1 dargestellt.The system for carrying out the method is shown in FIG.
In einem unter Normaldruck, Normaltemperatur, bei einem pH-Wert von 7,0 kontinuierlich arbeitenden Anaerobenfermentor2 wird über eine Mischstrecke 1 eine Emulsion aus Erdöl 23, wäßrigem Nährmedium, unter Zusatz eines nichtionogenen, keinen Schwefel enthaltenden Tensids vom Typ Polyethylen-propylen-addukt21 und einem Teil des benötigten Wassers erzeugt.In an under normal pressure, normal temperature, at a pH of 7.0 continuously operating Anaerobicfermentor2 is a mixture of 1 an emulsion of petroleum 23, aqueous nutrient medium, with the addition of a non-ionic, sulfur-containing surfactant of the type polyethylene propylene adduct21 and generated a portion of the required water.
Durch die Zusammensetzung des wäßrigen Nährmediums wird eine Konzentration von 0,70 kg AmmoniumchloridDue to the composition of the aqueous nutrient medium, a concentration of 0.70 kg of ammonium chloride
1,40kg Magnesiumchlorid.6 Hydrat1,40kg Magnesium Chloride.6 Hydrate
0,70kg Natriumsulfat0,70kg sodium sulphate
2,10kg Natriumlaktat2.10kg sodium lactate
0,40kg Kaliumhydrogenphosphat0.40kg of potassium hydrogen phosphate
je Kubikmeter wäßrigem Fermentationsmedium im Anaerobenfermentor 2 aufrechterhalten.per cubic meter of aqueous fermentation medium in Anaerobicfermentor 2 maintained.
Das Verhältnis Erdöl zu wäßrigem Nährmedium beträgt 40 zu 60. Die für die Reaktion notwendige Turbulenz wird dadurch erreicht, indem über Leitung 3 ein Teil des Fermentationsmediums aus dem Anaerobenfermentor 2 abgezogen wird, nach Durchgang über Pumpe 5, der benötigte Wasserstoff über Leitung 7 eingedüst wird, zur Eintrittstelle 6 gelangt und dem Anaerobenfermentor 2 wieder zugeführt wird. Der zugeführte Flüssigkeits-Gas-Strahl enthält den notwendigen Wasserstoff in feinverteilter Form. Über Leitung 4 werden physiologisch-aktive Mikroorganismen aus der Separationsstufe 10 dem Anaerobenfermentor 2 wieder zugeführt.The ratio of petroleum to aqueous nutrient medium is 40 to 60. The turbulence necessary for the reaction is achieved by withdrawing a portion of the fermentation medium from the Anaerobicfermentor 2 via line 3, after passage through pump 5, the required hydrogen is injected via line 7 , passes to the entry point 6 and the anaerobic fermentor 2 is supplied again. The supplied liquid-gas jet contains the necessary hydrogen in finely divided form. Via line 4, physiologically active microorganisms from the separation stage 10 are returned to the anaerobic fermentor 2.
Die für die eingesetzte Bakterienkultur günstigsten Fermentationsbedingungen und die damit zu erreichende hohe Entschwefelungsleistung wird dadurch erzielt, daß mit der Kontroll-und Regeleinrichtung 8 ein Redoxpotential von —285 mV eingestellt wird.The fermentation conditions which are most favorable for the bacterial culture used and the high desulphurisation power to be achieved are achieved by setting the control and regulating device 8 to a redox potential of -285 mV.
Die verwendeten Mikroorganismen, deren Isolierung nach bekannten Methoden erfolgte, kamen als Mischkultur, bestehend vorwiegend aus gramnegativen obligat anaeroben Bakterien der Species Desulfovibrio desulfuricans zum Einsatz.The microorganisms used, whose isolation was carried out by known methods, were used as mixed culture, consisting mainly of Gram-negative obligate anaerobic bacteria of the species Desulfovibrio desulfuricans used.
Über Leitung 9 verläßt das Mehrkomponentensystem Mikroorganismus/wäßriges Nährmedium/entschwefeltes Erdöl den Anaerobenfermentor 2 und gelangt in die Separationsstufe 1Ö, wo wahlweise mit oder ohne Demulgator das wäßrige Nährmedium und die noch physiologisch-aktiven Mikroorganismen vom entschwefelten Produkt abgetrennt werden, das dann über Leitung 12 zum Lagertank 14 gelangt.Via line 9 leaves the multicomponent system microorganism / aqueous nutrient medium / desulfurized oil the Anaerobicfermentor 2 and enters the separation stage 1Ö, where optionally with or without demulsifier, the aqueous nutrient medium and the still physiologically active microorganisms are separated from the desulfurized product, which then via line 12 reaches the storage tank 14.
Die in der Separationsstufe 10 anfallende wäßrige Mikroorganismensuspension wird über Leitung 11 durch den Separator 13 aufkonzentriert und die physiologisch-aktive Bakteriensuspension über Leitung 4 dem Anaerobenfermentor 2 zugeführt.The resulting in the separation stage 10 aqueous microorganism suspension is concentrated via line 11 through the separator 13 and fed the physiologically active bacterial suspension via line 4 to the Anaerobicfermentor 2.
Das den Separator 13 über Leitung 15 verlassende Prozeßabwasser gelangt in die Abwasserreinigung.The process wastewater leaving the separator 13 via line 15 passes into the wastewater treatment.
Das sich bildende Fermentorabgas verläßt über Leitung 16 den Anaerobenfermentor 2 und gelangt in die Gastrennanlage, wo nicht umgesetzter Wasserstoff aus dem Abgas abgetrennt wird und erneut zum Einsatz kommt.The forming fermenter exhaust gas leaves via line 16 the Anaerobicfermentor 2 and enters the gas separation plant, where unreacted hydrogen is separated from the exhaust gas and is used again.
Das wasserstoffarme Abgas wird der Gasentschwefelungsanlage 18 zugeführt, in der Schwefelwasserstoff und andere schwefelhaltige Gasbestandteile wie Sulfide oder Mehrkaptane aus dem Fermentorabgas abgetrennt werden. Die Umwandlung der gasförmigen Schwefelverbindungen in elementaren Schwefel erfolgt in der Schwefelgewinnungsanlage 19. Das so gereinigte Abgas wird einer Verbrennungseinheit 20 zugeführt.The low-hydrogen waste gas is fed to the gas desulphurisation plant 18, in which hydrogen sulphide and other sulfur-containing gas constituents, such as sulphides or multicaptans, are separated from the fermenter waste gas. The conversion of the gaseous sulfur compounds into elemental sulfur takes place in the sulfur recovery plant 19. The thus purified exhaust gas is fed to a combustion unit 20.
Unter diesen Fermentationsbedingungen konnte bei einer Verweilzeit von 2 Tagen das eingesetzte Erdöl zu 65% entschwefelt werden.Under these fermentation conditions, the petroleum used could be desulphurized to 65% with a residence time of 2 days.
Entsprechend der in Beispiel 1 beschriebenen Technologie wird Erdöl unter folgenden Reaktionsbedingungen der anaeroben Entschwefelung unterworfen:According to the technology described in Example 1, petroleum is subjected to anaerobic desulfurization under the following reaction conditions:
— Einsatz eines wäßrigen Nährmediums folgender Zusammensetzung (bezogen je m3 Fermentationsmedium)Use of an aqueous nutrient medium of the following composition (based on m 3 of fermentation medium)
0,70 kg NH4CI ],00 kg Na2SO4 1,40 kg MgSO4-6 H2O 3,00 kg Na-Iaktat 0,40 kg K2H PO4 0.70 kg NH 4 Cl], 00 kg Na 2 SO 4 1.40 kg MgSO 4 -6 H 2 O 3.00 kg sodium lactate 0.40 kg K 2 H PO 4
— Normaltemperatur, Normaldruck- Normal temperature, normal pressure
— Verhältnis Erdöl zu wäßrigem Nährmedium 40:60- Ratio of petroleum to aqueous nutrient medium 40:60
— pH-Wert 8,0- pH 8.0
— Redoxpotential -200mV- Redox Potential -200mV
Die Mischkultur setzte sich vorwiegend aus obligat anaeroben Bakterien der Species Oesulfovibrio vulgaris zusammen. Die Isolierung der Mikroorganismen erfolgte nach bekannten mikrobiologischen Methoden.The mixed culture consisted mainly of obligate anaerobic bacteria of the species Oesulfovibrio vulgaris. The isolation of the microorganisms was carried out by known microbiological methods.
Unter diesen Fermentationsbedingungen konnte bei einer Verweilzeit von 3 Tagen das eingesetze Erdöl zu 50% entschwefelt werden.Under these fermentation conditions, the petroleum used could be desulphurized to 50% with a residence time of 3 days.
In der im Beispiel 1 beschriebenen Anlage wird Roherdöl anaerob unter folgenden Bedingungen entschwefelt:In the plant described in Example 1, crude oil is anaerobically desulphurized under the following conditions:
— Zusammensetzung der Nährlösung analog Beispiel 2 zuzüglich 500g Hefeextrat pro m3 FermentationsmediumComposition of the nutrient solution analogously to Example 2 plus 500 g of yeast extract per m 3 of fermentation medium
— pH-Wert im Fermentationsmedium 9,0- pH in the fermentation medium 9.0
— Redoxpotential-400 mV- Redox Potential-400 mV
— Normaldruck, Normaltemperatur- normal pressure, normal temperature
— Verhältnis Erdöl zu wäßrigem Nährmedium 40:60- Ratio of petroleum to aqueous nutrient medium 40:60
Die eingesetzte Mischkultur, Isolierung nach den bekannten mikrobiologischen Methoden, bestand überwiegend aus Desulfurikanten der Species Desulfovibrio desulfuricans und Desulfovibrio vulgaris.The used mixed culture, isolation according to the known microbiological methods, consisted mainly of desulphuricants of the species Desulfovibrio desulfuricans and Desulfovibrio vulgaris.
Bei Einhaltung einer Verweilzeit von 55 Stunden konnte eine Entschwefelungsleistung von 60% erzielt werden.By maintaining a residence time of 55 hours, a desulphurisation capacity of 60% could be achieved.
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