生物破乳技術及其在石油領域的應用

生物破乳技術及其在石油領域的應用

原油的開采、生產和精制過程中形成了大量復雜的油田乳液。根據連續(xù)相和分散相的不同,油田乳狀液主要分為W/O型、O/W型和O/W/O型乳狀液。由于目前二次和三次采油技術的引入,現場作業(yè)注入了大量的水和表面活性劑,使得原油的含水率增高,乳化程度進一步加劇。油田乳狀液使原油品質下降,并且增加原油煉化的難度;原油含水率過高會導致石油開采、煉化過程中的金屬裝置生銹,還會加重輸油管道的腐蝕程度,更為嚴重的是油田乳狀液若不經過妥善處理還會破壞生態(tài)環(huán)境。目前我國對油田乳狀液采用的主要破乳方法是化學破乳,但該方法的破乳效果不理想,并且生產和研發(fā)費用較高。除此之外,化學破乳劑化學成分復雜,會對生態(tài)環(huán)境造成傷害。生物破乳劑具有破乳效率高、適應性好、投加量小、可重復使用、生產及研發(fā)費用低、環(huán)境友好等優(yōu)點,與化學破乳劑相比,其更適用于大面積油田和地下儲藏條件的破乳,因而受到相關研究機構的高度重視。1細胞破乳機理生物破乳法是通過在乳化液中加入1種由天然微生物菌體經篩選、馴化、發(fā)酵等生化處理過程制成的生物制品及其發(fā)酵培養(yǎng)液,從而使乳化液破乳脫水。其破乳機理如下:具有活性的細菌細胞表面被原油乳狀液的非連續(xù)相(液滴)不完全潤濕,該細胞在連續(xù)相和非連續(xù)相的界面占據1個平衡位置,其一半以上浸入非連續(xù)相中。破乳過程中,非連續(xù)相的2個單元(2個乳狀液液滴或者1個乳狀液液滴與1個已分層的非連續(xù)相)與同1個細胞表面接觸、潤濕并鋪展,2個單元在到達平衡前在細胞表面上聚結。由于細胞尺寸一般要比聚合物等乳化劑的尺寸大若干數量級,加上其相對較高的表面活性,使液滴能較快地潤濕、鋪展,使2個液滴凝聚并排液。細菌破乳機理說明,菌體破乳能力與菌體表面的性質有關,即細菌破乳的首要條件是分散相能優(yōu)先潤濕細胞表面,其中O/W型乳化液破乳需要親水細胞表面,而W/O型乳化液破乳需要疏水細胞表面。另外,生物固體粒子和乳化液液滴的相對大小及生物固體粒子的形狀都會影響破乳效果。2關于研究現狀2.1noctoriaamrae破乳活性的培養(yǎng)1999年,Fukumi等從土壤、活性污泥、海水和保存的菌體中分離出了一系列氣單胞菌屬和紅球菌屬的菌體。菌體細胞、培養(yǎng)液和將細胞移走的上清液均具有破乳能力,可以實現對煤油乳狀液和油田廢水的破乳。2000年,lee等用7L發(fā)酵罐培養(yǎng)Nocardiaamarae菌體,培養(yǎng)時間為7d,然后將培養(yǎng)物固定,考察了過濾柱中固定化的Nocardiaamarae破乳活性。發(fā)現當細胞生長在不溶培養(yǎng)基中,表現出較高的破乳活性,其中正十六烷和煤油是最佳有機組分,另外成熟后的菌體在不溶(有機)培養(yǎng)基中易結團,這樣會使菌體在無紡布上容易脫落而不易被固定。2002年,Nalina等從石油污染地篩選出一組混合菌群,發(fā)現其具有很好的破乳能力。混合菌株在以原油為碳源的培養(yǎng)基上生長,其所表現出的生物破乳活性比在以糖類為碳源的培養(yǎng)基上生長時的生物破乳活性強。2.2生物破乳劑與微生物細菌國內在20世紀90年代末開始該方面研究。苗芳等對用生物發(fā)酵法制備的生物破乳劑的性能進行了研究,結果表明,生物破乳劑具有較好的耐溫性和較高的破乳能力,對于煤油和十六烷乳濁液,破乳效率達95%以上,優(yōu)于市售破乳劑E-3453的破乳性能。2002年,郭東紅研究了微生物表面活性劑與破乳劑GE-189、XE-120和XP-120復配對乳狀液的破乳作用,發(fā)現隨時間的變化,其界面膜電容升高幅度與電阻下降幅度均比單獨使用破乳劑時有明顯增大,因而復配生物破乳劑可提高破乳效能。2005年,周勁等從井廠油泥中篩選得到具有較高穩(wěn)定性和破乳活性的菌株DH1與DH2,初步鑒定2菌株分別屬于棒桿菌屬和芽孢桿菌屬。2006年,馬挺等在對紅球菌PR-1菌體細胞進行研究后發(fā)現,其破乳活性與菌體細胞是否完整和菌體形狀有關,但與菌體細胞產生的酶類或代謝產物無關。同時在對PR-1菌體細胞進行有機溶液處理后發(fā)現其破乳活性大大降低,由此推測菌體細胞表面的脂溶性疏水物質與破乳活性相關。3生物破乳劑與原油的脫水效果國內外研究機構在大量進行室內生物破乳試驗的同時,還將其中的部分研究成果逐步應用于作業(yè)現場。一家名為Micro-Bac的美國公司用其生產的產品Para-BacS和M-1000H處理某原油精煉廠的乳狀液,含水32%的原油乳化液經過24h的破乳反應和48h的沉淀,原油回收率達到78%,回收原油的含水量僅為1%。韋良霞等從HRB系列的7種生物破乳劑中選出對含水原油脫水效果最好的生物破乳劑HRB-4。當生物破乳劑HRB-4加量達到100mg/L時,在90min內對純梁首站、純西站和正理莊站含水原油的脫水率分別為99.0%、95.0%和91.1%,均高于相同加量的現用油溶性化學破乳劑BSH-06的脫水率,而且脫出污水的含油量降低27%~49%?，F場試驗結果表明,生物破乳劑比化學破乳劑具有更好的脫水性,并且原油脫水過程相當穩(wěn)定。馮志強等研制了一種原油生物破乳劑,并考察了其對勝利油田孤二聯(lián)合站采出原油的破乳脫水作用,取得了良好的效果。在使用生物破乳劑期間,該站外輸原油的含水率一直保持在0.4%左右,且脫出水中含油量降低,比使用化學破乳劑脫出水的含油量下降61%,效果明顯。4進一步開展破乳發(fā)酵技術研究由于生物破乳劑具有生產工藝簡單、成本低、能耗小、環(huán)境友好和破乳效率高等優(yōu)點,因而對其研究具有重要意義。目前應進一步開展如下研究工作:①進一步應利用發(fā)酵罐對破乳菌連續(xù)培