DE1470484C3

DE1470484C3 - Verfahren zur teilweisen oder vollständigen Entfernung von geradkettigen Kohlenwasserstoffen aus Erdölfraktionen

Info

Publication number: DE1470484C3
Application number: DE19621470484
Authority: DE
Inventors: Alfred Paris Champagnat
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1962-10-09
Filing date: 1962-10-09
Publication date: 1976-12-09

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein kombiniertes Verfahren zur teilweisen oder vollständigen Entfernung von geradkettigen Kohlenwasserstoffen aus bestimmten Erdölfraktionen, die diese Kohlenwasserstoffe enthalten, unter Züchtung von Futterhefen.

Gewisse Erdölfraktionen, insbesondere Gasöle, enthalten bekanntlich geradkettige Kohlenwasserstoffe, und zwar hauptsächlich Paraffine, die Wachse darstellen und den Stockpunkt der Fraktion nachteilig beeinflussen. Wenn diese Kohlenwasserstoffe ganz oder teilweise entfernt werden, findet eine Erniedrigung des Stockpunkts der Fraktion statt. Für die gewerbliche Verwertung dieser Kohlenwasserstofffraktionen als Treibstoff ist eine solche Stockpunktserniedrigung in aller Regel zwingend. Die Abtrennung von Wachsen wird nach heute üblichen technischen Verfahren z. B. durch Ausfällung des Wachses mit Hilfe von Lösungsmitteln oder auch mittels Molekularsieben vorgenommen.

Auch die unterhalb dieser Gasöle siedenden Erdölfraktionen, beispielsweise schwere Naphthene und Kerosine, enthalten geradkettige Kohlenwasserstoffe, deren Verwertung, z. B. Umwandlung in andere wertvolle Produkte, ebenfalls in der Regel zuvor ihre Abtrennung aus den Erdölfraktionen erfordert.

Es ist ferner bekannt, daß Futterhefen unter Verwendung von Kohlenhydraten, beispielsweise Melasse, Holzhydrolysenzucker und Ablaugen aus der Papierherstellung aus Ausgangsstoffe hergestellt werden.

Aus der vorveröffentlichten druckschriftlichen Literatur ist es bekannt, daß eine submerse Massenzüchtung von Kohlenwasserstoff zehrenden Mikroorganismen, insbesondere Hefen und Bakterien, unter Ersatz von Kohlenhydraten durch Kohlenwasserstoffverbindungen möglich ist, wenn auch bis heute diese Vorschläge rein theoretischer Natur gewesen sind (vgl. beispielsweise die Mitteilungen von Just, Schnabel und Ulimann über die submerse Züchtung von Kohlenwasserstoffe zehrenden Hefen und Bakterien in »Die Brauerei, Wissenschaftliche Beilage«, 1951, S. 57 bis 60, 71 bis 75 und 100 bis 103, »Angewandte Chemie«, 1950, S. 85/86, sowie »Die Branntweinwirtschaft«, 1958, S. 257/8).

Nach diesen Literaturangaben sind insbesondere Züchtungen von Hefestämmen (z. B. Candida tropicalis) in der sogenannten 50-Liter-Waldhof-Bütte vorgenommen worden, wobei feinverteilte Luft durch eine Züchtungsflüssigkeit geführt wird, die den Hefestamm in einer Emulsion von wäßriger Nährlösung und Kohlenwasserstoffen enthält. Der pH-Wert der Nährlösung wird unter Korrektion durch lO°/oige Natronlauge bei einem mittleren pH-Wert von 5,5 bis 5,0 gehalten. Die Temperatur liegt im Bereich von 30° C.

Bei diesen und den anderen Arbeiten der genannten vorveröffentlichten Literatur werden als Kohlenstoffquelle für die Hefezüchtung Paraffinkohlenwasserstoffe, und zwar geradkettige Paraffine, gegebenenfalls in Abmischung mit beschränkten Mengen von Isoparaffinen und Olefinen eingesetzt. Als besonders geeignet werden Paraffinöl, Kogasin (ein synthetisches Kohlenwasserstoffgemisch, das nach der Fischer/Tropsch-Synthese hergestellt worden ist), ein synthetisches Paraffinöl aus geradkettigen normalen Kohlenwasserstoffen mit einer Kettenlänge von C₁₅ bis C₁₈ und einem Isokohlenwasserstoffgehalt von etwa 15 bis 20% sowie einem Olefingehalt von 3 bis 5% sowie schließlich Gatsch bezeichnet (vgl. »Die Brauerei, Wissenschaftliche Beilage«, S. 59, linke Spalte oben, und S. 71, rechts und links unten. Kogasin stellt bekanntlich (vgl. Zerbe, »Mineralöle und verwandte Produkte«) ein Gemisch von normalen und verzweigtkettigen Paraffinen und Olefinen dar.

Im Zusammenhang mit diesen Arbeiten der Hefezüchtung auf geradkettigen Kohlenwasserstoffen, die bevorzugt mit einem großen Überschuß der geradkettigen Kohlenwasserstoffphase durchgeführt worden sind, ist unter anderem auch die besondere Problematik geschildert worden, die auch der Lehre des älteren Patents 14 17 559 zugrunde liegt und in der Unmöglichkeit besteht, die angefallenen höchst beständigen Emulsionen durch einfaches Zentrifugieren zu trennen (vgl. »Die Brauerei, Wissenschaftliche Beilage«, 1951, S. 59, rechte Spalte, unter »Anmerkungen«, und S. 74, rechte Spalte, Absatz 1, in Verbindung mit Dissertation Willy Schnabel, Humboldt-Universität Berlin 1949/50, »Submerse Massenzüchtung von Mikroorganismen auf der Basis von Kohlenwasserstoffen«, S. 16).

Die Lehre des älteren Patents 14 17 559 löst diese Schwierigkeit durch ein Verfahren zum Abtrennen von Hefen und von Kohlenwasserstoffen aus vergorenen, Hefe und Kohlenwasserstoffe enthaltenden, wäßrigen Nährlösungen durch Zentrifugieren dadurch, daß vor dem Zentrifugieren der vergorenen, Hefe und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Nährlösung dieser pro 1 Million Teile mindestens 50 Ge-

wichtsteile, vorzugsweise 200 bis 5000 Gewichtsteile, eines oberflächenaktiven Mittels zugesetzt werden.

In der US-PS 29 82 692 wird ein Verfahren zur Ausfällung von Wachsen aus Erdölfraktionen und vegetabilischen Ölen beschrieben. Hierbei wird in einem Mehrstufen-Verfahren zunächst Hefe in Zukkerwasser gelöst. Diese Lösung wird dem Öl zugegeben und dann einige Minuten bei Raumtemperatur — ohne Durchleiten von Sauerstoff — kräftig gerührt. Jetzt wird eine geringe Menge Pepsin zugegeben und dann erneut einige Minuten gerührt. Danach wird das Rühren abgebrochen und das Gemisch für einen Zeitraum von 24 Stunden bis 6 Tagen stehengelassen. Bei dieser Behandlung soll sich nahezu die Gesamtmenge der Wachse als getrennte Phase abscheiden. Das mehrphasige Reaktionsprodukt wird dann in seine einzelnen Phasen aufgetrennt. Ersichtlich handelt es sich hier nicht um eine submerse Züchtung von Hefen auf Kohlenwasserstofffraktionen der zuvor beschriebenen Art. Nach der US-PS 27 42 398 sollen Mikroorganismen — wobei dieser Begriff insbesondere Bakterien und Pilze erfaßt (s. Spalte 4, Zeilen 67 ff.) — dazu eingesetzt werden, die Ablagerung fester Wachse in Rohrleitungssystemen zu verhindern, die mit Rohölströmen beschickt werden. Auch hier handelt es sich ersichtlich nicht um eine submerse Massenzüchtung von Hefen auf Kohlenwasserstoffverbindungen der zuerst geschilderten Art.

In den USA.-Patentschriften 26 97 061 und 26 97 062 sind schließlich Verfahren zur Herstellung von Biosyntheseprodukten aus Kohlenwasserstoffen geschildert. Nach der Aufgabenstellung dieser Druckschriften sollen durch Züchtung von Schimmelpilzen oder Hefen auf beliebigen Kohlenwasserstoffen in Gegenwart einer wäßrigen Nährlösung unter Regulierung des pH-Werts und der Temperatur und gegebenenfalls unter aeroben Bedingungen durch Einleiten von Luft oder Sauerstoff in die Kulturbrühe als Produkt des Biosyntheseverfahrens fettartige verseifbare Materialien, organische Säuren und antibiotische Substanzen anfallen. Hierzu muß mit sehr langen Inkubationszeiten gearbeitet werden, die gewöhnlich 7 bis 12 Tage betragen und im einzelnen bestimmt werden durch die Wachstumsgeschwindigkeit der Mikroorganismen und die Produktionsgeschwindigkeit der gewünschten Beiprodukte. Bestimmend ist hierfür im einzelnen die Fähigkeit der durch die Mikroorganismen erzeugten Enzyme, die gewünschten Verfahrensprodukte zu bilden. Ersichtlich unterscheidet sich dieses Verfahren damit schon in der Aufgabenstellung und der Verfahrensführung von submersen Massenzüchtungsverfahren von kohlenwasserstoffzehrenden Mikroorganismen, wie sie insbesondere von J u s t, a. a. O. beschrieben sind.

Für das Verfahren der genannten USA.-Patentschriften sollen beliebige Kohlenwasserstoffe verwertbar sein. Im einzelnen sind genannt niedere (bis etwa C₁₀) geradkettige und verzweigte, gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Cycloaliphaten und Aromaten. Als brauchbar sind auch komplexe Kohlenwasserstoffgemische, wie Rohöl, Kerosin, Paraffinwachs, Benzine, Gasöl, Schmieröle und Tankrückstände bezeichnet. Nach den speziellen Ausführungsbeispielen werden Kerosinfraktionen bzw. -schnitte mit bestimmten Schimmelpilzen und in einem Fall auch mit Hefestämmen etwa 1 Woche bzw. 5 bis 10 Tage unter den genannten Bedingungen bebrütet.

Irgendein Hinweis auf eine Selektivität bei der Kohlenwasserstoffassimilation unter Verwendung von η-Paraffine verzehrenden Hefen findet sich in diesen Druckschriften nicht. Es werden auch keine Hinweise auf unterschiedliche Wirkungen zwischen Hefen einerseits und Schimmelpilzen andererseits bezüglich der Kohlenwasserstoffverwertung gemacht. .

Die Trennung der Kulturbrühen soll durch einfaches Zentrifugieren erfolgen. Die gewünschten Verfahrensprodukte werden aus den abgetrennten Mikroorganismen, insbesondere aber auch aus der wäßrigen Flüssigphase, gewonnen. Aus dieser fallen insbesondere organische Säuren an, die beispielsweise durch Veresterung und Extraktion isoliert werden können.

In beiden Druckschriften wird die Möglichkeit der Mitverwendung eines oberflächenaktiven Mittels während der mehrtägigen Züchtungsstufe erwähnt. Die US-PS 26 97 062 will auf diese Weise eine Emulsion gewinnen, in der der flüssige Kohlenwasserstoff die kontinuierliche und die wäßrige Nährlösung die disperse Phase ist. Bevorzugt sollen dabei Emulgiermittel mit phosphorylierender Wirkung sein. Durch die Gegenwart der oberflächenaktiven Mittel während der Züchtungsstufe der Mikroorganismen sollen bessere Ausbeuten der Biosyntheseprodukte erhalten werden können. Gleichwohl werden auch in diesen Fällen als Zeitspanne für die Bebrütung 5 bis 10 Tage bzw. 7 Tage angegeben. Ein Verfahren, das in wenigen Stunden hohe Ausbeuten an Erntehefen aus Kohlenwasserstoffgemischen unter selektiver Verwertung der in diesen Gemischen vorliegenden η-Paraffine erbringt, ist in den beiden USA.-Patentschriften nicht offenbart.

Von dem Bedürfnis der Erdölraffinationstechnik ausgehend, durch ein wirkungsvolles Verfahren der Entparaffinierung von beispielsweise Gasölfraktionen deren Stockpunkt zu senken, gleichzeitig aber auch ausgehend von dem heute bestehenden dringenden Bedürfnis nach der Erschließung neuer Nahrungsmittelquellen, hat sich die Erfindung die doppelte Aufgabe gestellt in einem Zuge sowohl selektiv die geradkettigen Kohlenwasserstoffe eines mittleren Molekulargewichts, das wenigstens 10 Kohlenstoffatomen entspricht, aus solchen Erdölfraktionen zu entfernen, die komplexe Gemische von Kohlenwasserstoffverbindungen darstellen und die geradkettigen Kohlenwasserstoffe nur in Mengen von 3 bis 45 Gewichtsprozent enthalten, als auch gleichzeitig Futterhefe als Massenzüchtungsprodukt eines Biosynthese-Verfahrens zu liefern.

Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur teilweisen oder vollständigen Entfernung der geradkettigen Kohlenwasserstoffe aus Erdölfraktionen unter Bildung von Futterhefen durch Züchtung eines Hefestammes, der auf geradkettigen paraffinischen Kohlenwasserstoffen zu wachsen vermag, bei Temperaturen von 25 bis 35° C in einer Fermentationsbrühe, die in einem wäßrigen Nährmedium eine flüssige Erdölkohlenwasserstofffraktion, die neben Isoparaffinen, Naphthenen und Aromaten 3 bis 45 Gew.-°/o geradkettige Kohlenwasserstoffe enthält und einem mittleren Molekulargewicht von wenigstens 10 C-Atomen entspricht, feinzerteilt enthält, wobei man durch die Fermentationsbriihe einen freien Sauerstoff enthaltenden und in feine Blasen zerteilten Gasstrom leitet, und den pH-Wert durch absatzweise oder kontinuierliche Zugabe eines alkalischen Materials im Bereich von 3 bis 6 hält, das da-

14 /ü 4Ö4

5 6

durch gekennzeichnet ist, daß man den Hefestamm ohne die Anwendung eines langen Reaktionsweges

bis zur gewünschten Erniedrigung des Stockpunktes in Kauf nehmen zu müssen.

der Erdölfraktion züchtet, der gebildeten Emulsion Durch Anwendung des Verfahrens unter Bedinaus Hefe, wäßriger Nährlösung und flüssigen Kohlen- gungen, bei denen der Abbau bzw. die Umwandlung Wasserstoffen oberflächenaktives Mittel zusetzt und 5 der geradkettigen Kohlenwasserstoffe begrenzt wird, die Emulsion in dessen Gegenwart durch Zentrifu- ist es möglich, unter Entfernung nur eines gewünschgieren bricht. ten Anteils dieser Kohlenwasserstoffe zu arbeiten.

Ausgehend von der erfindungsgemäßen doppelten Als Ausgangsmaterialien für das Verfahren gemäß Aufgabenstellung hat sich überraschenderweise ge- der Erfindung eignen sich Kerosin, Gasöle und zeigt, daß tatsächlich eine selektive Entfernung ge- ίο Schmieröle. Diese Ausgangsstoffe brauchen nicht rade der Kohlenwasserstoffverbindungen aus Kohlen- oder nur bis zu einem gewissen Grade raffiniert zu Wasserstoffgemischen der geschilderten Art möglich sein, müssen aber 3 bis 45 Gewichtsprozent geradist, die für den Stockpunkt verantwortlich sind. Die kettige Kohlenwasserstoffe enthalten, um für die Gegenwart eines Überschusses der durch Hefe nicht Zwecke der Erfindung brauchbar zu sein,
assimilierbaren Kohlenwasserstoffe behindert das 15 Die auf dem genannten Ausgangsmaterial ge-Hefezüchtungsverfahren nicht. Überraschenderweise züchtete Hefe gehört vorzugsweise zur Familie wird sogar im Gegenteil die Hefezüchtung durch die Cryptococcaccae, insbesondere zur Unterfamilie Gegenwart dieser nicht assimilierbaren Kohlenwasser- Cryptococcoidae. Gegebenenfalls können jedoch beistoffe in mehrfacher Weise gefördert. So zeigt sich, spielsweise ascosporogene Hefen der Unterfamilie daß die Sauerstoffübertragung beim Hefewachstum 20 Saccharomyceloidae verwendet werden. Die bevordurch die Gegenwart von Aromaten und/oder zugten Gattungen der Unterfamilie Cryptococcoidae Naphthenen erleichtert und damit das Hefewachstum sind Torulopsis (auch als Torula bekannt) und Canbeschleunigt wird. Gegenüber der Verwendung rein dida. Die bevorzugten Stämme von Candida sind paraffinischer Ausgangsmaterialien wird durch das er- Candida tropicalis, Candida utilis und Candida pulfmdungsgemäße Verfahren also eine höhere Zeitaus- 25 cherina und insbesondere Candida lipolytica (auch als beute an Hefeprodukt ermöglicht. Zum anderen wirkt Mycotorula Lipolytica bekannt). Weitere geeignete die Gegenwart des Überschusses an nicht assimilier- Stämme sind Torulopsia colliculosa, Hansenula baren Kohlenwasserstoffverbindungen der Schaum- anomala und Oidium lactis.

bildung in der Verfahrensstufe der Hefezüchtung ent- Wenn von einer Reinzuchthefe ausgegangen wird,

gegen. Diese Schaumbildung ist für das großtech- 30 ist es gewöhnlich erforderlich, die Hefe so anzupassen,

nische Verfahren auf Basis paraffinreicher oder rein daß sie den Kohlenstoff aus Kohlenwasserstoffen

paraffinischer Ausgangsmaterialien eine beträchtliche assimiliert, und die angepaßte Hefe zum Beimpfen

Erschwerung (s. hierzu beispielsweise die Hinweise für .den Züchtungsprozeß gemäß der Erfindung zu

der FR-PS 12 97 169, S. 2, rechte Spalte, Absatz 2). verwenden. Wenn jedoch diese Hefen auf einem

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist von beson- 35 wäßrigen mineralischen Medium gezüchtet werden,

derem Wert für die Behandlung von Gasölfraktionen, das die geeigneten Nährelemente enthält, wachsen

die geradkettige Kohlenwasserstoffe in Form von sie nur mit Schwierigkeit, da die Erdölfraktionen

Wachsen enthalten, da durch dieses Verfahren Gasöle nicht die Wachstumsfaktoren enthalten, die beispiels-

von erniedrigtem Stockpunkt erhalten werden, wäh- weise in Melasse und Holzhydrolysenzucker vor-

rend die Wachse in ein wertvolles Produkt umgewan- 40 handen sind,

delt werden. Das Wachstum der verwendeten Hefe wird begün-

Die geradkettigen Kohlenwasserstoffe sind in den stigt, wenn zur Würze eine sehr geringe Menge eines

gemäß der Erfindung verwendeten Ausgangsmate- Hefeextraktes (ein durch Hydrolyse einer Hefe erhal-

rialien gewöhnlich als Paraffine anwesend, jedoch tenes, an Vitaminen der Gruppe B reiches industrielles

können auch Olefine anwesend sein. 45 Produkt) oder, allgemeiner ausgedrückt, von Vitaminen

Es ist ein wichtiges und überraschendes Merkmal der Gruppe B und/oder Biotin gegeben wird. Diese der Erfindung, daß bei der Züchtung von Hefen in Menge liegt vorzugsweise in der Größenordnung von Gegenwart der vorstehend beschriebenen Ausgangs- 25 Teilen pro Million Teile des wäßrigen Kulturstoffe unter Bedingungen, die das Wachstum der mediums. Je nach den für die Züchtung gewählten Hefe auf Kosten der geradkettigen Kohlenwasserstoffe 50 Bedingungen kann sie höher oder niedriger sein,
begünstigen, die anderen Kohlenwasserstoffe, z. B. Das Wachstum der Hefe erfolgt auf Kosten der Isoparaffine, Naphthene und Aromaten, nicht oder Erdölfraktion unter Zwischenbildung von Körpern höchstens zu einem sehr geringen Teil abgebaut bzw. — hauptsächlich Fettsäuren — mit Säurefunktion, umgewandelt werden. Ferner wird im Gegensatz zu so daß der pH-Wert des wäßrigen mineralischen üblichen chemischen Prozessen, die dem Massen- 55 Mediums progressiv sinkt. Ohne Korrektur kommt Wirkungsgesetz gehorchen, die Menge der gerad- das Wachstum ziemlich schnell zum Stillstand, und kettigen Kohlenwasserstoffe, die pro Zeiteinheit ent- die Hefekonzentration in der Würze bzw. die ZeIlfernt wird, mit kleiner werdendem Anteil dieser Koh- dichte nimmt nicht mehr zu, so daß eine sogenannte lenwasserstoffe im Gesamtgemisch der Kohlenwasser- stationäre Phase erreicht wird.

stoffe nicht wesentlich geringer (ausgenommen natür- 60 Das wäßrige Nährmedium wird daher durch stufen-

lich in den allerletzten Stadien der Entfernung). Falls weise oder kontinuierliche Zugabe eines wäßrigen

gewünscht, kann also die erreichte prozentuale Um- Mediums von hohem pH-Wert beim gewünschten

Wandlung der geradkettigen Kohlenwasserstoffe bei pH-Wert gehalten. Vorzugsweise wird der pH-Wert

einem Wert nahe 100 gehalten werden, ohne daß der Würze im Bereich von 4 bis 5 gehalten. Als

eine unverhältnismäßig große Verlängerung der Kon- 65 alkalische Stoffe für den Zusatz zur Würze eignen sich

taktzeit zur Erzielung kleiner Verbesserungen er- Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd, Dinatriumhydro-

forderlich ist. Ferner kann bei einem kontinuierlichen genphophat und Ammoniak in freier Form oder in

Verfahren diese hohe Umwandlung erreicht werden, wäßriger Lösung.

7 8

Die optimale Temperatur der Würze ist verschieden b) andererseits eine wäßrige Phase und den größe-

je nach der Art der verwendeten Hefe und liegt im ren Teil der Kohlenwasserstoffphase, die später

Bereich von 25 bis 35⁰C. Bei Verwendung von getrennt werden.
Candida lipolytica wird ein Temperaturbereich von

28 bis 32° C bevorzugt. 5 Die pastöse Phase aus Hefezellen wird nacheinan-

Die Aufnahme von Sauerstoff ist für das Wachstum der abwechselnd in Gegenwart einer oberflächender Hefe wesentlich. Der Sauerstoff wird gewöhnlich aktiven Verbindung gewaschen und zentrifugiert, bis als Luft zugeführt. Um die Wachstumsgeschwindig- die Hefe frei von Kohlenwasserstoffen ist. Die letzte keit hoch zu halten, muß die Luft, die den Sauerstoff Wäsche wird mit reinem Wasser vorgenommen. Die liefert, durch Rühren in feine Blasen zerteilt werden. io Hefe wird dann unter solchen Bedingungen getrock-Sie kann durch eine Fritte eingeführt werden. Vor- net, daß sie assimilationsfähig wird,
zugsweise wird jedoch die feine Verteilung der Luft Die Kohlenwasserstoffphase und die wäßrige Phase mit einem Belüftungssystem erreicht, das mit so- (zu denen die wasserhaltigen Kohlenwasserstoffphasen genannten Drehbelüftern arbeitet (Vortex-Belüfter). aus der anschließenden Zentrifugierung der Hefe ge-

Es wurde gefunden, daß durch Verwendung von 15 geben werden) werden durch Dekantieren oder Zen-

Hefe des Stammes Candida lipolytica im Verfahren trifugieren in Kohlenwasserstoffe und wäßriges Me-

gemäß der Erfindung bei Belüftung mit Hilfe von dium getrennt.

Drehbelüftern eine hohe Wachstumsgeschwindigkeit Das Verfahren kann chargenweise durchgeführt

erreicht wird, und zwar liegt die Zeit für eine Ge- werden. Gegebenenfalls kann jedoch in jeder ein-

neration im Bereich von 2 bis 5 Stunden. 20 zelnen oder in mehreren der hier beschriebenen

Bei Beendigung des Wachstums erhält man eine Stufen kontinuierlich gearbeitet werden.
Emulsion, die Hefe und nicht abgebaute bzw. um- Die behandelten Erdölfraktionen sind je nach dem gewandelte Kohlenwasserstoffe in einer geschlossenen Siedebereich und anderen Eigenschaften für die verwäßrigen Phase enthält. Diese Emulsion wird durch schiedensten Zwecke sehr gut geeignet. Beispielsweise einen ersten Zentrifugiervorgang in Gegenwart einer 35 können die Kerosine als Düsentreibstoffe für Flugoberflächenaktiven Verbindung gebrochen. Man er- zeuge oder als Treibstoff für Gasturbinen verwendet hält: werden. Die schweren Gasöle eignen sich als schwere

a) Einerseits eine pastöse Phase von Hefezellen, die Dieselkraftstoffe. Ferner können Öle erhalten werden,

mit Kohlenwasserstoffen und dem wäßrigen Me- die sich zur Verwendung in Kühlmaschinen oder als

dium durchsetzt sind; 30 Transmissionsöle eignen.

Beispiel 1
Als Ausgangsmaterial diente ein schweres Gasöl mit folgenden Kennzahlen:

•Methode

Dichte bei 15° C/4° C 0,866 NF T 60 101

Siedeanfang 204⁰C NFM07 009

bis 250° C übergegangen 2 Gewichtsprozent
bis 270° C übergegangen 6 Gewichtsprozent
bis 357° C übergegangen 82 Gewichtsprozent

Siedeende 370⁰C

Stockpunkt +9⁰C NF T 60 105

Gehalt an Normalparaffinen 18 Gewichtsprozent

Als Hefe wurde ein Stamm von Candida lipolytica benen schweren Gasöls enthalten. Das mineralische

verwendet, der auf Malzwürze gezüchtet und an- Medium hat folgende Zusammensetzung:
gepaßt worden war, um Kohlenstoff aus Kohlen- , .. , , _

Wasserstoffen zu assimilieren. Diese Anpassung wurde Monokahumphosphat 7 g

durch Herstellung einer Stellhefe auf die nachstehend Magnesiumsulfat 0,2 g

beschriebene Weise vorgenommen: 60 Natriumchlorid 0,1 g

Ammoniumchlorid 2,5 g

Herstellung der Stellhefe Leitungswasser

(Spurenelemente) 100 cm³

Eine Kultur von Candida lipolytica wird in sterilen 65

250-cnV-ErlenmeyerkoIben bereitet, zu denen die Heteextrakt 1 cm

Luft Zutritt hat, und die 50 cm³ eines mineralischen Destilliertes Wasser auf 1000 cm³

Mediums sowie 0,5 cm³ des vorstehend beschrie- fehlender Rest.

Diese Kultur wird 3 Tage bei 30° C unter mechanischem Rühren bebrütet.

5 cm³ der Kultur werden dann abgenommen und in einen Kolben gegeben, der die gleichen Mengen des gleichen mineralischen Mediums und der gleichen Kohlenwasserstoffe enthält. Die Bebrütu.ig wird dann 3 Tage unter Bewegung fortgesetzt. Die gleichen Vorgänge werden vier- oder fünfmal wiederholt.

Zwei toxinsterile 2-1-Kolben, die je 1 1 der obengenannten mineralischen Würze enthalten, zu der 10 cm³ schweres Gasöl gegeben worden sind, werden mit 20 cm³ einer durch die vorhergehende Zucht gebildeten Reinzuchthefe pro Liter geimpft. Diese Kultur wird 36 Stunden unter mechanischem Rühren bei 30° C gehalten. Die Kulturen werden bei 30° C zentrifugiert, und die gewonnene Hefe stellt die für einen Versuch erforderliche Stellhefe dar.

Die anschließenden Stufen wurden wie folgt durchgeführt:

20

Züchtung von Candida lipolytica auf schwerem Gasöl

In ein Gärgefäß, das mit einem Belüftungssystem versehen ist, das im Gemisch einen Wirbel bildet, wird 1 1 des vorstehend beschriebenen mineralischen Mediums (das pro Liter 1 cm³ Hefeextrakt enthält) gegeben. Der pH-Wert wird zu Beginn des Versuchs auf 4,5 eingestellt und während der Züchtung durch Zusatz von Monokaliumphosphat auf dieser Höhe gehalten.

Die Zufuhr von Luft wird mit einer Menge von 50 l/Std./l Medium begonnen. Die Temperatur wird bei 30° C gehalten. Verdampfungsverluste werden durch periodische Zugabe von destilliertem Wasser ausgeglichen.

Das Gärgefäß wird dann mit 800 mg der auf die beschriebene Weise hergestellten Stellhefe beimpft, worauf das Gasöl in vier Stufen in exponentiell steigenden Mengen zugegeben wird, bis insgesamt 25 cm/³l Medium erreicht sind. .

Die Kultivierung wird abgebrochen, wenn die Zelldichte (Zellkonzentration) konstant bleibt, d. h., wenn die stationäre Phase erreicht ist. Die Zelldichte wird durch periodische Entnahme von 25-cm³-Proben der Kultur, Filtration und Waschen der Zellen bis zum Verschwinden der NH₄-Ionen und Trocknen gemessen. Der Stickstoffgehalt der Zellen wird nach der Kjeldahl-Methode bestimmt. Messungen, die vorher an reiner, trockener Candida lipolytica vorgenommen wurden, ergaben einen Stickstoffgehalt von 7,25 ⁰Zo. Es ist möglich, aus dem Stickstoffgehalt der entnommenen Probe die Zelldichte der Kultur im Augenblick der Probenahme zu ermitteln.

Gewinnung der Hefe

55

Zu je 1000 Gewichtstiilen der gebildeten Emulsion werden 0,25 Gewichtsteile des kationaktiven oberflächenaktiven Mittels Stearyltrimethylammoniumchlorid gegeben. Der pH-Wert wird durch Zusatz von Natriumhydroxyd auf 8 eingestellt. Durch diskontinuierliches Zentrifugieren des Gemisches werden erhalten:

65

a) Eine pastöse Phase von Hefezellen, die mit Kohlenwasserstoffen und dem wäßrigen Medium durchsetzt sind;

b) eine durchsichtige Phase aus wäßrigem mineralischem Medium;

c) eine feuchte Kohlenwasserstoffphase.

Die die Hefezellen enthaltende pastöse Phase wird mit Wasser gewaschen, das auf 1000 Teile 0,25 Teile des gleichen oberflächenaktiven Mittels enthält. Zweimaliges Waschen und zweimaliges Zentrifugieren genügt, um eine von Kohlenwasserstoffen freie Hefe zu erhalten. Durch eine Nachwäsche mit reinem Wasser bei 60° C wird das in der Hefe verbliebene oberflächenaktive Mittel entfernt, worauf die Hefe zentrifugiert wird. Das auf diese Weise erhaltene Produkt wird bei 80 bis 90° C in einem Luftstrom hoher Geschwindigkeit getrocknet.

Gewinnung des entwachsten schweren Gasöls

Zur wasserhaltigen Kohlenwasserstoffphase, die beim ersten Zentrifugieren erhalten wird, werden die bei den beiden anschließenden Zentrifugiervorgängen erhaltenen wasserhaltigen Kohlenwasserstoffphasen gegeben. Das Gemisch läßt man bei 30° C absitzen, bis das in ihm enthaltene Wasser sich abgeschieden hat. (Besser läßt sich diese Maßnahme durch Zentrifugieren durchführen.)

Die bei diesem Versuch erhaltenen zahlenmäßigen Ergebnisse sind nachstehend genannt:

Zelldichte zu Beginn 0,800 g/l

Erreichte Zelldichte 4,76 g/l

Wachstumszeit 11 Stunden

Hefebildung/Liter Würze/Stunde:
4,76 - 0,80

11

Hefeausbeute, bezogen auf
Gasöl:

4,76 - 0,80
25 X 0,866

0,360 g/l/Std.

18 Gewichtsprozent

Ausbeute an entwachstem

Gasöl 82 Gewichtsprozent

Stockpunkt des entwachsten

Gasöls -4O⁰C

Beispiel 2

Auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise wurde eine Stellhefe hergestellt. An Stelle des im Beispiel 1 verwendeten Ausgangsmaterials wurden die in der folgenden Tabelle genannten Gasöle verwendet.

Die Züchtung und die Produktabscheidung wurden auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 vorgenommen, jedoch wurde in größerem Maßstab gearbeitet. So wurden 30-1-Gärgefäße gebraucht, die 20 1 Kulturmedium enthielten. In jedem Fall wurde mit 40 bis 50 g Stellhefe begonnen. Ferner wurde zur pH-Regelung 1 n-Ammoniumhydroxyd als wäßrige Lösung an Stelle von Monokaliumphophat verwendet.

	11	14	Ausgangsmaterial A B Art des Gasöls Straight-run Irak Zarzaitine	vor	305	nach	-25	auf 12,5	224	70 484	D Irak	-	-16	12	F Einsatz nach Ferrofining	G Einsatz nach Ent schwefelung durch Hydrofining
		327	Gehalt an nicht abgebauten 0,18 n-Paraffinen, Gewichtsprozent		348			1,4	E Schweres Gasöl Zarzaitine
	351	Hefeausbeute, bezogen Einsatz, Gewichtsprozent	390	C Kuwait	223	7,8		305	223
Kennzahlen des Gasöls der Behandlung:	+ 8	+ 11		366		178	327	366
Siedeanfang, ° C	13,3	13,2	198	400	380	351	400
50-%-Punkt, ° C		361	+ 22	400	+ 6	+21
Siedeende, ° C	-24	400	14	+26	13,3	12
Stockpunkt, % C	0,5	+ 17	11,6
Gehalt an n-Paraffinen, Gewichtsprozent	13,2	8,8		-25	-9,3
Kennzahlen des Gasöls der Behandlung: ~		+ 3	0,1	1,5
Stockpunkt, ⁰C	-20	3,4	16	11,5
	0,87	8
8,1

Beispiele3bis8

Ein Inoculum wurde auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellt. Die Züchtungsmethode und die Produktabscheidung waren die gleichen wie im Beispiel 1 mit der Ausnahme, daß in dem im Beispiel 2 beschriebenen Maßstab gearbeitet wurde. Die mit verschiedenen Hefestämmen erhaltenen Ergebnisse und die Kennzahlen der Ausgangsmaterialien sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Beispiel	4	5	6	7	8
3	Gasöls
Herkunft des	Irak	Irak	Irak	Hassi	Kuwait-
Irak				Messaoud

Hefestamm	Candida	Torulopsis	Hansenula	Candida	Cidium lactis
Torula	tropicalis	colliculosa	anomala	pulcherina
utilis

Kennzahlen des Gasöls vor der Behandlung Destillation (° C) Siedeanfang 50 »/o
Siedeende
Stockpunkt, ° C Gehalt an n-Paraffinen, Gewichtsprozent Kennzahlen des Gasöls nach der Behandlung Stockpunkt, ° C Gehalt an n-Paraffinen, Gewichtsprozent

Ausbeute an Trockenhefe, bezogen auf den Einsatz, Gewichtsprozent

224	224	223	217	235	198
348	348	366	290	294	361
390	390	400	392	381	400
+ 11	+ 11	+22	-4	-1	+ 17
13,2	13,2	14,2	9	3,2	8,8

-24	-20	-15	-26	-30	-20
0,8	0,6	1	0,6	0,7	1,2

13

8,2

8,5

13 14

Beispiel 9 40 V Luft/V Flüssigkeit/Std. verrührt. Das Gasöl

wurde allmählich entsprechend der Wachstums-Ais Einsatzmaterial diente ein schweres Gasöl geschwindigkeit der Hefe in das Gärgefäß gegeben, aus irakischem Rohöl mit folgenden Kennzahlen: bis die zugesetzte Menge 3 kg betrug. Die Versuche nioiitf» HpJ ιςο r/d°r η r7r ⁵ wurden durchgeführt, bis keine nennenswerte Zu-Destillation nähme der Zelldichte mehr stattfand. Dann wurden Siedeanfane 22O⁰C ^d^^e Luftzufuhr und der Rührer abgestellt. Das Pro-Bis 250° C übergegangen''.'.'.'.'.'. 3 % ^{dukt wurde auf die im Beis}P^iel ^l beschriebene Weise

Bis 360°C übergegangen 50% zur getrennten Gewinnung der Hefe und des be-

Siedeende 405⁰C ¹⁰ handelten Ols unterworfen.

Trübungspunkt +21⁰C *^^{e verwen}deten Hefegattungen und die Verbesse-Fließ nkt ι Yjo Q rungen des Trübungs- und Fließpunktes des Gasöls

Paraffingehal't,' Gewichts- ^{sind 1}J^{1 de}J" folgenden Tabelle aufgeführt. (Fließpunkt

nrn^Pnt 1?« ^{vor der} Behandlung +17⁰C; Trubungspunkt vor

^pr° ^em ^1Z)Ö 15 der Behandlung+21⁰C.)

Das wäßrige Nährmedium hatte folgende Zusam-

mensetzung: _{Gattung Species Gasöl}

^. . Gramm Fließpunkt Trübungs-

Diammomumphosphat 2 punkt

Kaliumchlorid 1,15 ²⁰ ο C ° C

Magnesiumsulfatheptahydrat 0,65 "

Zinksulfat 0,17 Candida specias -4 +9

Mangansulfatmonohydrat 0,045 .

Eisen(II)-sulfatheptahydrat 0,068 Candida lipolytica -14 -14

Leitungswasser 200 ²5 Candida pulcherrima - 22 - 22

Hefeextrakt 0,025 .. , ... _t . ,.

Destilliertes Wasser: Rest zur Auffüllung Mycoderma cancoillote -4 +9

auf 1000 cm³. Hansenula anomala —19 —1

Sieben verschiedene Hefen wurden getrennt char- 30 Torulopsis colliculosa -21 -22 genweise auf diesem Ausgangsmaterial gezüchtet. Oidium lactis —1 +6 Folgende Bedingungen wurden in jedem Fall angewendet: 15 1 des wäßrigen Nährmediums und 75 g Einzelheiten über Wachstum und Analyse der des Gasöls wurden mit 15g Hefe in einem 20-1-Gär- gewonnenen Hefe sind nachstehend angegeben (Angefäß unter Wirbelbelüftung bei Einführung von 35 fangszelldichte 1 g/l).

Gattung

Species

Mittlere Generationszeit (Stunden)

Zelldichte

bei

Vers.-Ende

Ausbeute
(»/0 des
behandelten
Gasöls)

Zusammensetzung der Hefezellen

N₂ C Lipide Freie Fette

Candida specias 8

Candida lipolytica 7

Candida pulcherrima 10

Mycoderma cancoillote 7

Hansenula anomala 7

Torulopsis colliculosa 5

Oidium lactis 12

16	8	9	47	9	4
13	6,5	9	47	12	0
10	5	7,3	47	7	0,6
16	8	8	48	14	1,3
16	8	7,3	45	15,5	1
16	8	7,7			4,1
10	5	7,3	45	42	2,5

Die hier genannten Hefen eignen sich sämtlich gut für den Abbau bzw. die Umwandlung von geradkettigen Kohlenwasserstoffen, die in Erdölfraktionen, deren mittleres Molekulargewicht wenigstens 10 C-Atomen im Molekül entspricht, enthalten sind, auch 60 wenn in diesen Fraktionen Fremdstoffe, wie Schwefelverbindungen, vorhanden sind, deren Entfernung vor der erfindungsgemäßen Behandlung sich als

unnötig erwies. Dagegen ist es notwendig, die Abwesenheit von bei der Raffination verwendeten Fremdstoffen sicherzustellen, die die Hefe schädigen würden, und zwar wenigstens bis zur Wachstumsperiode einschließlich. So ist zu beachten, daß Furfurol sowie bakteriostatische Mittel, wie Phenole und quarternäre Stickstoffverbindungen, aus dem Ausgangsmaterial ausgeschlossen werden müssen.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur teilweisen oder vollständigen Entfernung der geradkettigen Kohlenwasserstoffe aus Erdölfraktionen unter Bildung von Futterhefen durch Züchtung eines Hefestammes, der auf geradkettigen paraffinischen Kohlenwasserstoffen zu wachsen vermag, bei Temperaturen von 25 bis 35° C in einer Fermentationsbrühe, die in einem wäßrigen Nährmedium eine flüssige Erdölkohlenwasserstofffraktion, die neben Isoparaffinen, Naphthenen und Aromaten 3 bis 45 Gew.-°/o geradkettige Kohlenwasserstoffe enthält und einem mittleren Molekulargewicht von wenigstens 10 C-Atomen entspricht, feinzerteilt enthält, wobei man durch die Fermentationsbrühe einen freien Sauerstoff enthaltenden und in feine Blasen zerteilten Gasstrom leitet, und den pH-Wert durch absatzweise oder kontinuierliche Zugabe eines so alkalischen Materials im Bereich von 3 bis 6 hält, dadurch"gekennzeichnet, daß man den Hefestamm bis zur gewünschten Erniedrigung des Stockpunktes der Erdölfraktion züchtet, der gebildeten Emulsion aus Hefe, wäßriger Nährlösung und flüssigen Kohlenwasserstoffen oberflächenaktives Mittel zusetzt und die Emulsion in dessen Gegenwart durch Zentrifugieren bricht.