專利名稱：一種利用旋轉(zhuǎn)填充床進(jìn)行石油微生物脫蠟的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過微生物發(fā)酵對(duì)石油進(jìn)行精制的方法，具體的講是利用 旋轉(zhuǎn)填充床來進(jìn)行石油微生物脫蠟的方法。
背景技術(shù)：
石油微生物脫蠟是一種在石油煉制過程中利用微生物發(fā)酵進(jìn)行深度脫蠟 的技術(shù)。由于微生物發(fā)酵一般在常溫常壓條件下進(jìn)行，避免了用常規(guī)方法生產(chǎn) 石油化工產(chǎn)品時(shí)的高溫高壓條件，大量減少了能耗。同時(shí)可以利用微生物專一 氧化的特性，達(dá)到采用其他脫蠟工藝達(dá)不到的脫蠟深度，獲得高附加值的油品禾口雖u，品。關(guān)于酵母菌株及其應(yīng)用方法的研究較多，如"一種解酯亞羅酵母菌株及其在石油精制中的應(yīng)用方法"(ZL02156876. 6);"—種麥芽糖假絲酵母菌株及 其在石油精制中的應(yīng)用方法"(ZL02156877. 4)。"一種絲孢酵母菌株及其在石 油精制中的應(yīng)用方法"(ZL02156878.2)等。這些發(fā)明提供了具有生命活性強(qiáng)、 脫蠟效率高、易破乳等優(yōu)點(diǎn)的酵母菌株。微生物脫蠟的對(duì)象是油水構(gòu)成的培養(yǎng)液。由于油中的石蠟(小分子直鏈烷 烴等)是菌種繁殖、生長過程所需養(yǎng)料的來源，理論上，分散于水相中的油滴 的直徑越小，油相中的石蠟(小分子直鏈垸烴等)在油水界面處暴露得就越充 分，對(duì)菌種繁殖、生長就越有利。而培養(yǎng)液中的溶解氧是菌種繁殖、生長過程 所需的氧源。這樣，分散于水相中的油滴直徑大小以及培養(yǎng)液中的溶氧水平成為限制微生物脫蠟的關(guān)鍵。傳統(tǒng)石油微生物脫蠟過程中通常采用機(jī)械攪拌式的發(fā)酵罐，發(fā)酵過程中 氣體利用率低、對(duì)油與水的乳化效果差。而鼓泡塔式的發(fā)酵裝置無法解決油水 分層等問題。另外，氣升環(huán)流反應(yīng)器中液體循環(huán)量對(duì)通氣量有一定的依賴性， 如果要強(qiáng)化混合和傳質(zhì)效果必須加大通氣量，這樣所要求的風(fēng)壓較高。而加大 通氣量也會(huì)帶來非均勻湍動(dòng)流加劇以及冒頂逃液等問題。由于已知的方法普遍存在油水混合與乳化不夠理想、氣液傳質(zhì)效果差、 氣體利用率低、發(fā)酵周期長等問題。為了克服現(xiàn)有的微生物發(fā)酵方法的這些缺 陷，本發(fā)明提供了一種利用旋轉(zhuǎn)填充床進(jìn)行石油微生物脫蠟的方法，該方法利 用旋轉(zhuǎn)填充床高剪切特性，將油相細(xì)化成分散于水相中的微米級(jí)的油滴，使油 相中的石蠟(小分子直鏈烷烴等)充分暴露于油水界面處，為菌種繁殖、生長過 程提供了充足的養(yǎng)料來源。同時(shí)，利用旋轉(zhuǎn)填充床強(qiáng)化傳質(zhì)的特性，可以提高 培養(yǎng)液中的溶氧水平，為菌種繁殖、生長過程提供了充足的氧源。旋轉(zhuǎn)填充床利用旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力模擬超重力環(huán)境，使傳遞過程與微觀混 合過程得到了極大的強(qiáng)化。研究和分析表明，在超重力環(huán)境下，不同大小分子 間的分子擴(kuò)散和相間傳質(zhì)過程均比常規(guī)重力場下要快得多，氣-液、液-液、液 -固兩相在比地球重力場大數(shù)百倍至上千倍的超重力環(huán)境下的多孔介質(zhì)中流動(dòng) 接觸，產(chǎn)生巨大的和快速更新的相界面，使相間傳質(zhì)速率比傳統(tǒng)塔器中的相間 傳質(zhì)速率提高l-3個(gè)數(shù)量級(jí)，微觀混合和傳質(zhì)過程得到極大強(qiáng)化。同時(shí)，在超 重力條件下，不僅反應(yīng)過程加快，氣體的線速度也得到大幅度提高，這使單位設(shè)備體積的生產(chǎn)效率得到1-2個(gè)數(shù)量級(jí)的提高，從而使得往往高達(dá)幾十米的巨大的設(shè)備變?yōu)楦卟患皟擅椎男D(zhuǎn)填充床。關(guān)于旋轉(zhuǎn)填充床裝置，早期的專利(ZL 95215430.7)中已經(jīng)公開。并且 在此基礎(chǔ)上，該技術(shù)從分離、解吸的物理過程擴(kuò)展應(yīng)用到化學(xué)反應(yīng)過程。如 在"好氣菌的繁殖或好氣發(fā)酵的方法"(申請(qǐng)?zhí)?3104828. l)中，利用旋轉(zhuǎn)填充床改變了氣液的接觸方式，加快了溶氧過程、提高了氧的利用率。在"超微顆粒的制備方法"(申請(qǐng)?zhí)?5105344.2)及"超細(xì)碳酸鈣的制備方法"(專利號(hào) 95105343. 4)等系列專利提出用旋轉(zhuǎn)填充床進(jìn)行納米顆粒的化學(xué)合成，在"高 堿值磺酸鈣清凈劑的制備方法"(申請(qǐng)?zhí)?004100378859)專利中，又把超重 力技術(shù)應(yīng)用到包含碳酸化與轉(zhuǎn)相等較復(fù)雜反應(yīng)過程的高堿值磺酸鈣清凈劑制 備過程，得到高品質(zhì)的磺酸鈣清凈劑。上述專利證明旋轉(zhuǎn)填充床可以改變傳統(tǒng) 的化學(xué)反應(yīng)工藝，在諸多的化學(xué)工業(yè)過程中具有廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種新的石油微生物脫蠟的方法。本方法針對(duì)氣(空 氣)-液(油水構(gòu)成)-固(菌種)這一復(fù)雜的體系，利用旋轉(zhuǎn)填充床高剪切特性， 將油相細(xì)化成分散于水相中的微米級(jí)的油滴，使油相中的石蠟(小分子直鏈垸 烴等)充分暴露于油水界面處，為菌種繁殖、生長過程提供充足的養(yǎng)料來源。 同時(shí)，利用旋轉(zhuǎn)填充床強(qiáng)化傳質(zhì)的特性，提高培養(yǎng)液中的溶氧水平，為菌種繁 殖、生長過程提供充足的氧源，進(jìn)而降低脫蠟過程中空氣用量，達(dá)到提高生產(chǎn) 效率以及產(chǎn)品質(zhì)量的目的。本發(fā)明提供的利用旋轉(zhuǎn)填充床進(jìn)行石油微生物脫蠟的方法，它包括油水乳化、菌種培養(yǎng)、發(fā)酵、破乳、油水分離步驟，其特征在于發(fā)酵罐和旋轉(zhuǎn)填充 床構(gòu)成整體式串聯(lián)的式結(jié)構(gòu)，油水乳化、菌種培養(yǎng)和基礎(chǔ)油的發(fā)酵過程在發(fā)酵 罐和旋轉(zhuǎn)填充床中進(jìn)行；后續(xù)的破乳和油水分離過程在發(fā)酵罐中進(jìn)行；發(fā)酵罐 中的由油、水組成的培養(yǎng)液經(jīng)過旋轉(zhuǎn)填充床的高速旋轉(zhuǎn)將油相剪切成分散于 水相中的微米級(jí)的油滴返回發(fā)酵罐，氣體依次通過發(fā)酵罐和旋轉(zhuǎn)填充床與培 養(yǎng)液接觸；培養(yǎng)液中的油水比為1:1 S，油是常三線餾份油或全封閉冷凍機(jī) 油基礎(chǔ)油，酵母菌株為解酯亞羅酵母菌株，發(fā)酵溫度為10 4(TC，旋轉(zhuǎn)填充床轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為500 3000轉(zhuǎn)/分鐘，發(fā)酵過程中通過加入氨水來調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的 pH值在3.0 4.8之間，破乳溫度為8(TC。本發(fā)明提供了一種利用旋轉(zhuǎn)填充床進(jìn)行石油微生物脫蠟的方法，通過采用 發(fā)酵罐與旋轉(zhuǎn)填充床構(gòu)成串聯(lián)發(fā)酵的形式，有利于提高氣體的利用率。培養(yǎng)液 經(jīng)液體分布器噴到轉(zhuǎn)子內(nèi)層，在離心力的作用下由內(nèi)向外運(yùn)動(dòng)，在旋轉(zhuǎn)填充床 轉(zhuǎn)子填料對(duì)油相高剪切力的作用下，將油相細(xì)化成分散于水相中的微米級(jí)的油 滴，使油相中的石蠟(小分子直鏈垸烴等)充分暴露于油水界面處，為菌種繁殖、 生長過程提供了充足的養(yǎng)料來源。同時(shí)，利用旋轉(zhuǎn)填充床強(qiáng)化傳質(zhì)的特性，可 以提高培養(yǎng)液中的溶氧水平，為菌種繁殖、生長過程提供了充足的氧源，進(jìn)而 降低脫蠟過程中空氣用量，達(dá)到提高生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量的目的。本發(fā)明效果如下-(1)脫蠟深度常三線餾份油傾點(diǎn)不高于-38°C;全封閉冷凍機(jī)油基礎(chǔ)油傾點(diǎn)不高于-43'C ; (2)脫蠟周期減少30%以上；


圖1是本發(fā)明發(fā)酵裝置結(jié)構(gòu)示意圖。包括l發(fā)酵罐，2氣體進(jìn)口管，3氣量調(diào)節(jié)閥，4氣體流量計(jì)，5蒸汽進(jìn) 口管，6蒸汽調(diào)節(jié)閥，7切換閥，8培養(yǎng)液循環(huán)泵，9液量調(diào)節(jié)閥，IO液體流 量計(jì)，ll取樣閥，12液體切換閥，13旋轉(zhuǎn)填充床。其中發(fā)酵罐1-l物料進(jìn)口， 1-2氨水進(jìn)口， 1-3氣體分布器，1-4熱水/ 冷水進(jìn)口， 1-5熱水/冷水，1-6物料出口， l-9攪拌器。旋轉(zhuǎn)填充床13-1液體進(jìn)口， 13-3氣體出口， 13-5液體分布器，13-6 轉(zhuǎn)子，13-7氣體密封。圖2是本發(fā)明的脫蠟效果與鼓泡脫蠟效果的對(duì)比。
具體實(shí)施方式
下面給出具體的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不因此而受到任何限制。 實(shí)施例l如圖1所示，發(fā)酵罐l為一底部是半球形，上部為圓柱形的筒體，旋轉(zhuǎn)填 充床13設(shè)在發(fā)酵罐1內(nèi)的上部，由液體分布器13-5和轉(zhuǎn)子13-6構(gòu)成，轉(zhuǎn)子 13-6的中心與發(fā)酵罐1頂部外的電動(dòng)機(jī)連接，液體分布器13-5位于轉(zhuǎn)子13-6 內(nèi)，端部與液體進(jìn)口 13-1連接，液體進(jìn)口 13-1依次連接液體切換閥12，液 體流量計(jì)IO，液量調(diào)節(jié)閥9，培養(yǎng)液循環(huán)泵8，培養(yǎng)液循環(huán)泵8通過閥與發(fā)酵 罐1的物料出口卜6連接；發(fā)酵罐內(nèi)設(shè)有氣體分布器卜3，位于半球形與圓柱 形結(jié)合部，入口管通過蒸汽調(diào)節(jié)閥6與蒸汽進(jìn)口管5連接，入口管通過切換閥 7，氣體流量計(jì)4，氣量調(diào)節(jié)閥3與氣體進(jìn)口管2連接，氣體出口13-3設(shè)在氣 體密封件13-7的上面，氣體密封件13-7位于轉(zhuǎn)子13-6上方；發(fā)酵罐中裝有 熱水/冷水盤管，進(jìn)口 1-4設(shè)在發(fā)酵罐的下方，出口 1-5設(shè)在發(fā)酵罐的上方； 發(fā)酵罐內(nèi)安裝有攪拌器1-9，罐壁上開有氨水進(jìn)口 1-2和物料進(jìn)口 1-1;取樣 閥11連接在液體切換閥12的輸入端。采用如圖1所示設(shè)備和流程，發(fā)酵過程中采用常三線餾份油(初始傾點(diǎn)-17 °C)，酵母菌株為解酯亞羅酵母菌株，首先將培養(yǎng)液置于發(fā)酵罐l中，打開液 體切換閥12，培養(yǎng)液經(jīng)循環(huán)泵8輸送，通過液量調(diào)節(jié)閥9調(diào)節(jié)循環(huán)量，通過 液體流量計(jì)10計(jì)量其循環(huán)量為lm7h，培養(yǎng)液經(jīng)旋轉(zhuǎn)填充床13上的液體進(jìn)口 13-1進(jìn)入旋轉(zhuǎn)填充床，由液體分布器13-5噴到轉(zhuǎn)子13-6的內(nèi)緣，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 為500轉(zhuǎn)/分鐘，培養(yǎng)液在離心力的作用下由內(nèi)向外運(yùn)動(dòng)，油相被細(xì)化成分散于水相中的微米級(jí)的油滴，與此同時(shí)，經(jīng)凈化處理后的空氣由氣體進(jìn)口管2 經(jīng)氣量調(diào)節(jié)閥3調(diào)節(jié)流量，通過氣體流量計(jì)4計(jì)量其流量為2m7h，氣體經(jīng)氣 體分布器1-3噴出，在發(fā)酵罐中與培養(yǎng)液進(jìn)行接觸，使一部分氧氣溶解到培養(yǎng) 液中，離開發(fā)酵罐培養(yǎng)液的液面的氣體，由于受到氣體密封13-7的限制，必 須自旋轉(zhuǎn)填充床轉(zhuǎn)子13-6的外層向內(nèi)通過轉(zhuǎn)子中的填料，與培養(yǎng)液進(jìn)行逆流 接觸與傳質(zhì)，然后由氣體出口 13-3排出，在熱水/冷水進(jìn)口 1-4中通入熱水/ 冷水來控制培養(yǎng)液的溫度，發(fā)酵過程中通過打開取樣閥11取樣來進(jìn)行傾點(diǎn)與 pH值的測定，通過氨水進(jìn)口 1-2加入氨水來控制培養(yǎng)液pH值在3. 0-4. 8之間， 發(fā)酵周期100小時(shí)，傾點(diǎn)-38°C。實(shí)施例2其他與實(shí)施例1相同，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分鐘，發(fā)酵周期為85小時(shí)， 傾點(diǎn)為-38"C。實(shí)施例3其他與實(shí)施例1相同，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為2400轉(zhuǎn)/分鐘，發(fā)酵周期為60小時(shí)， 傾點(diǎn)為-38。C。實(shí)施例4其他與實(shí)施例2相同，采用全封閉冷凍機(jī)油基礎(chǔ)油(初始傾點(diǎn)-27'C)，酵 母菌株為解酯亞羅酵母菌株。發(fā)酵周期為70小時(shí)，傾點(diǎn)為-43°C。實(shí)施例5其他與實(shí)施例3相同，采用全封閉冷凍機(jī)油基礎(chǔ)油(初始傾點(diǎn)-27'C)，酵 母菌株為解酯亞羅酵母菌株。發(fā)酵周期為65小時(shí)，傾點(diǎn)為-43。C。本發(fā)明經(jīng)旋轉(zhuǎn)填充床乳化后形成的乳液顯微鏡檢測，油滴的直徑約為2-3 微米。本發(fā)明的脫蠟效果與鼓泡脫蠟效果的對(duì)比如圖2所示。同樣的實(shí)驗(yàn)條件 下，采用本發(fā)明脫蠟比鼓泡脫蠟在脫蠟深度上低14°C，達(dá)到同樣傾點(diǎn)的時(shí)間 少30小時(shí)以上。傳統(tǒng)方法無法一次脫蠟使傾點(diǎn)達(dá)到-39X:，而需要2次以上重復(fù)破乳。
權(quán)利要求
1.一種利用旋轉(zhuǎn)填充床進(jìn)行石油微生物脫蠟的方法，它包括油水乳化、菌種培養(yǎng)、發(fā)酵、破乳、油水分離步驟，其特征在于發(fā)酵罐和旋轉(zhuǎn)填充床構(gòu)成整體式串聯(lián)結(jié)構(gòu)，油水乳化、菌種培養(yǎng)和基礎(chǔ)油的發(fā)酵過程在發(fā)酵罐和旋轉(zhuǎn)填充床中進(jìn)行；后續(xù)的破乳和油水分離過程在發(fā)酵罐中進(jìn)行；發(fā)酵罐中的由油、水組成的培養(yǎng)液經(jīng)過旋轉(zhuǎn)填充床的高速旋轉(zhuǎn)將油相剪切成分散于水相中的微米級(jí)的油滴返回發(fā)酵罐，氣體依次通過發(fā)酵罐和旋轉(zhuǎn)填充床與培養(yǎng)液接觸；培養(yǎng)液中的油水比為1∶1～8，油是常三線餾份油或全封閉冷凍機(jī)油基礎(chǔ)油，酵母菌株為解酯亞羅酵母菌株，發(fā)酵溫度為10～40℃，旋轉(zhuǎn)填充床轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為500～3000轉(zhuǎn)/分鐘，發(fā)酵過程中通過加入氨水來調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的pH值在3.0～4.8之間，破乳溫度為80℃。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用旋轉(zhuǎn)填充床進(jìn)行石油微生物脫蠟的方 法，其特征在于發(fā)酵罐1為一底部是半球形，上部為圓柱形的筒體，旋轉(zhuǎn) 填充床13置于發(fā)酵罐1內(nèi)的上部，由液體分布器13-5和轉(zhuǎn)子13-6構(gòu)成，轉(zhuǎn) 子13-6的中心與發(fā)酵罐1頂部外的電動(dòng)機(jī)連接，液體分布器13-5位于轉(zhuǎn)子 13-6內(nèi)，端部與液體進(jìn)口 13-1連接，液體進(jìn)口 13-1依次連接液體切換閥12， 液體流量計(jì)IO，液量調(diào)節(jié)閥9，培養(yǎng)液循環(huán)泵8，培養(yǎng)液循環(huán)泵8通過閥與發(fā) 酵罐1的物料出口 l-6連接；發(fā)酵罐內(nèi)設(shè)有氣體分布器1-3，位于半球形與圓 柱形結(jié)合部，入口管通過蒸汽調(diào)節(jié)閥6與蒸汽進(jìn)口管5連接，入口管通過切換 閥7，氣體流量計(jì)4，氣量調(diào)節(jié)閥3與氣體進(jìn)口管2連接，氣體出口13-3設(shè)在 氣體密封件13-7的上面，氣體密封件13-7位于轉(zhuǎn)子13-6上方；發(fā)酵罐中裝 有熱水/冷水盤管，進(jìn)口 l-4設(shè)在發(fā)酵罐的下方，出口 1-5設(shè)在發(fā)酵罐的上方; 發(fā)酵罐內(nèi)安裝有攪拌器1-9，罐壁上開有氨水進(jìn)口 l-2和物料進(jìn)口 1-1;取樣 閥11連接在液體切換閥12的輸入端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用旋轉(zhuǎn)填充床進(jìn)行石油微生物脫蠟的方法，發(fā)酵罐和旋轉(zhuǎn)填充床構(gòu)成整體式串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，發(fā)酵罐中的由油、水組成的培養(yǎng)液經(jīng)過旋轉(zhuǎn)填充床的高速旋轉(zhuǎn)將油相剪切成分散于水相中的微米級(jí)的油滴返回發(fā)酵罐，氣體依次通過發(fā)酵罐和旋轉(zhuǎn)填充床與培養(yǎng)液接觸；培養(yǎng)液中的油水比為1∶1～8，油是常三線餾份油或全封閉冷凍機(jī)油基礎(chǔ)油，酵母菌株為解酯亞羅酵母菌株，發(fā)酵溫度為10～40℃，旋轉(zhuǎn)填充床轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為500～3000轉(zhuǎn)/分鐘，發(fā)酵過程中通過加入氨水來調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的pH值在3.0～4.8之間，破乳溫度為80℃，脫蠟深度常三線餾份油傾點(diǎn)不高于-38℃；全封閉冷凍機(jī)油基礎(chǔ)油傾點(diǎn)不高于-43℃；脫蠟周期減少30％。
文檔編號(hào)C10G73/02GK101333462SQ20071011799
公開日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2007年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日
發(fā)明者劉成林, 初廣文, 姚麗群, 宋云華, 程輝杰, 陳建鋒, 鵬 黎 申請(qǐng)人:中國石油天然氣股份有限公司;北京化工大學(xué)