Brevet FR2125195A1 — publié le 19720929

lia présente invention concerne un procédé de déparaffinage microbiologique des fractions résultant de la distillation du pétrole, notamment des gasoils, par culture de microorganismes, notamment de levures, avec aération sur un milieu nutritif aqueux en présence d'hydrocarbures du pétrole comme source de carbone avec séparation subséquente de la fraction résultant de la distillation du pétrole des microorganismes. On obtient de telles fractions de pétrole, essences, kérosènes, gasoils, huiles par distillation fractionnée du pétrole. Après raffinage, les trois premières fractions sont utilisées comme carburants, la quatrième sert de lubrifiant. Par raffinage on élimine de ces fractions les substances, notamment les paraffines, qui en détériorent les caractéristiques d'exploitation. lies n- paraffines, notamment, compromeEent le pouvoir antidétonant des essences et élèvent le point d'écoulèment des gasoils, ce qui en limite les utilisations en hiver et sous les climats arctiques ainsique dans les moteurs d'usages spéciaux. Pour abaisser le point d'écoulement des gasoils- on les soumet au déparaffinage chimique ou microbiologique. Les procédés chimiques sont compliqués et onéreux. le dépasaffinage microbiologique ouvre de larges perspectives industrielles, car permet d'obtenir d'une part un dérivé du pétrole déparaffiné à bas point d'écoulement et d'autre part des matières cellulaires de microorganismes qui peuvent être utilisés dans les fourrages comme source de protéines et de vitamines. lies cellules qui s'obtiennent par culture des microorganismes sur des milieux hydrocarbonés contiennent généralement des hydrocarbures résiduels. Pour utiliser ultérieurement ces cellules, notamment les levures, en tant que fourrages pour bestiaux, on en extrait les hydrocarbures résiduels par des solvants organiques. Au cours de cette opéra-tion on retire de la fraction des- microorganismes des lipides qui constituent un mélange de triglycérides, de phospholipides, de stérines, d'acides gras libres et de cires, chacun de ces constituants ayant sa valeur particulière. lies triglycérides et les acides gras sont des matières premières pour la savonnerie, leur emploi dans cette branche d'industrie permettant de se passer de l'huile de noix de coco exotique.Les stérines, représentées pour 80 % par l'ergostérine, peuvent être utilisées aussi bien pour la préparation de la vitamine D2 que pour la synthèse des hormones. lies phospholipides sont utilisés dans la patisserie ainsi que dans l'industrie des produits pharmaceutiques. Pour toutes les raisons qui viennent d'etre exposées, il est plus avantageux d'obtenir des microorganismes riches non seulement en protéines, mais aussi en lipides, et de produire en outre un dérivé du pétrole déparaffiné. La culture des microorganismes sur des milieux nutritifs synthétiques avec utilisation d'hydrocarbures, notamment de paraffines liquides raffinées, comme sources de carbone, dans le but d'obtenir des corps variés biologiquement actifs, est largement utilisée actuellement. On connaît d'autre part la culture des microorganismes sur des milieux nutritifs contenant, comme sources de carbone, d'autres fractions hydrocarbonées du pétrole comme les gasoils et les huiles qui contiennent de 5 à 50 ç de paraffines, le reste de la matière première étant constitué par d'autres hydrocarbures de constitutions variées. lies gasoils sont d'un intéret particulier comme matière première pour la synthèse microbiologique des protéines et des lipides. Ils sont beaucoup moins chersque les matières premières hydrocarbonées ainsi que les paraffines liquides raffinées. Pour obtenir ces dernières, on les sépare généralement par voie chimique de ces mêmes gasoils et on les utilise, après un raffinage approprié, pour la culture des microorganismes. Er outre, en métabolisant les paraffines du gasoil, les ricroorgarismes deparaffinent les gasoils en abaissant leur point d'écoulement et en améliorant les qualités commerciales. On connaît déjà un procédé de régulation du degré de déparaffinage du gasoil (de l1abalssement de son point d'écoulement qui prévoit l'obtention simultanée d'une fraction e microorganisme par croissance ne ces derniers sur des milieux nutritifs contenar dü gasoil, de tavcee, du phosphore, au potassium, du magnésium et d'autres éléments, e présence d'aération (brevet frayais N 1 416 056, i9e5). Ce procédé permet d'abaisser le point d'écoulement du gasoil jusqu'àl80C par modification de la teneur du milieu nutritif en phosphore et en potassium, ainsi que de l'aération du processus. Dans ce cas, la teneur en azote du milieu nutritif est maintenue au niveau de la norme, c'est-à-dire dans la proportion nécessaire à la croissance des cellules des microorganismes. Toutefois, le point d'écoulement de -180C est insuffisant pour les gasoils utilisés en hiver, sans parler des autres domaines d'utilisation des combustibles liquides pour moteurs à combustion interne. Un autre inconvénient du procédé cité consiste en ce qu'il vise uniquement à abaisser la température d'écoulement du combustible et détériore les conditions de la croissance des microorganismes, ce qui réduit le rendement en matière cellulaire (des cellules de microorganismes). G'est ainsi que pour la croissance normale des cellules il faut que toutes les matières nutritives soient présentes dans le milieu nutritif à des concentrations optimales: c'est le cas notamment du phosphore, du potassium, de l'oxygène. La présente invention vise à éliminer les inconvénients susdits. On s'est donc proposé de créer un procédé de déparaffinage microbiologique permettant de produire un gasoil à bas point d'écoulement, voisin de -750C et meme inférieur, ainsi que des matières cellulaires riches en protéines et en lipides. a présente invention a permis de résoudre le problème ainsi posé, du fait que le déparaffinage microbiologique des fractions résultant de la distillation du pétrole sous aération et en présence d'un milieu aqueux contenant de l'azote, du phosphore, du potassium et du magnésium, s'effectue, selon l'invention,en présence d'une teneur insuffisante du milieu nutritif en azote La teneur du milieu nutritif en azote peut atteindre jusqu'à 50:in de la teneur normale. Suivant la présente invention, on peut effectuer le déparaffinage en deux étapes, en utilisant au cours de la première étape, jusqu'à 50% d'azote par rapport à la teneur normale et en réalisant la seconde étape en l'absence totale d'azote. En outre, on peut effectuer le déparaffinage en deux étapes en utilisant au cours de la première étape jusqu'à 100fa d'azote par rapport à la teneur normale et en réalisant la seconde étape en l'absence totale d'azote. Les recherches sur le déparaffinage microbiologique des fractions résultant de la distillation du pétrole, y compris le gasoil, ont montré qu'en cas de carence du milieu nutritif en azote les microorganismes se développent normalement sans que le rendement en microorgnismes baisse, et métabolisent de préférence les paraffines supérieures contenues dans le gasoil (au-dessus de C C17) et dont dépend le point d'écoulement du gasoil. On arrive dans ce cas à abaisser le point d'écoulement du gasoil de 25 à 500C et à produire de la matière cellulaire contenant environ 40% de protéines et 20 à 25% de lipides. On a établi que dans un milieu nutritif à teneur normale optimale en azote (déterminée expérimentalement pour chaque souche de microorganisme), les levures en croissance synthétisent de 43 à 58% de prote es et de 9,5 à 14,5% de lipides. Dans ce cas, le point d'écoulement du gasoil séparé après cul-ture des microorganismes reste pratiquement inchangé. La réduction de moitié de la teneur du milieu en azote en comparaison de la teneur normale optimale conduit à l'intensification de la synthèse des lipides, dont la proportion dans les microorganismes s 'élève jusqu'à 20 à 22%, tandis que leur teneur en protéines se chiffre par 36 à 41%. Le point d'écoulement du gasoil baisse de 10 à 250C. Une baisse ultérieure de la teneur en azote et l'achèvement de la croissance des microorganismes sans apport de source d'azote stimule la synthèse des lipides. La teneur en lipides peut atteindre 40, mais on observe alors une baisse de la teneur en protéines jusqu a 25"je, le rendement en levures tombant lui aussi. Néanmoins, en combinant divers régimes de culture des microorganismes sur les fractions de gasoil résultant de la distillation du pétrole, on arrive à obtenir des levures à teneur en lipides jusqu'à 25o et en protéines au-dessus de 35%, tout en abaissant le point d'écoulement gasoil de 25 à 5000 et en éliminant pratiquement complètement les paraffines du gasoil. Ainsi, en cultivant des microorganismes et notamment des levures sur des fractions résultant de la distillation du pétrole et qui ne sont que partiellement constituées de n-paraffines, notamment sur des fractions du pétrole correspondant au gasoil, on a établi, les conditions dans lesquelles la croissance des microorganismes permet de régler le point d'écoulement des/gasoils ainsi que d'obtenir une fractions de. microorganismes contenant la proportion requise de protéines ou de lipides. On a établi par ailleurs que la synthèse des lipides n'est pas une particularité spécifique des microorganismes, notamment des levures, et que, dans les conditions recommandées pour la synthèse des lipides, la teneur en protéines est, elle-aussi suffisamment élevée (de 36 à 41fui). En d'autres mots, on a établi une procédure d'obtention d'une fraction de microorganismes riche en protéines ou en lipides répondant aux conditions exigées pour son utilisation ultérieure, ainsi que d'un gasoil à bas point d'écoulement. La culture (croissance) de microorganismes, notamment des levures de l'espèce 'Candida" a eté réalisée dans des fermenteurs avec-brassage et aération dans des conditions non stériles, sur un milieu nutritif aqueux teneur variée en gasoil (de 3 à 75% en volume). Comme source de/carbone on a utilisé des fractions résultant de la distillation des pétroles paraffiniqms et hautement paraffiniques, par exemple des fractions correspondant au gasoil. Le gasoil utilisé contenait de 10 à 45% de n-paraffines. lie milieu nutritif aqueux se composait d'une solution de sels contenant des ions ammonium-, phosphate,- potassium et magnési-7m. Comme source d'azote orpeut utiliser des sels azotés quelconques, notamment des sels d'ammonium, des nitrates ou des composés organiques (amines, amides). On peut additionner ou ne pas additionner au milieu nutritif des oligo-éléments et des stimulants biologiques, notamment un autolysat de levure. On a réalisé le procédé en discontinu et en continu (en une étape et en deux étape-s). On a maintenu la température, au cours du procédé dans l'intervalle de 25 à 45 C, le pH du milieu étant compris entre 3 et 11. On a réglé le pH en additionnant une solution de soude caustique. Dans le cas de cultures discontinues on a fait croitre les microorganismes dans un fermenteur unique avec une proportion mrnle optimale d'zote dans le milieu nutritif ou avec une proportion normale d'azote réduite de moitiéparrapport àlaproportion normale optimale Au cours des cultures discontinues sans apport d'azote, le processus s'est effectué en deux étapes, la première avec un milieu contenant la pmportknnormale ou la moitié de la proportion normale d'azote, alors que dans la seconde étape l'azote était absent. Dans ces/cas, à la fin de la première étape, c'est-à-dire en l'absence d'azote résiduel, on a continué le procédé dans le même fermenteur en brassant et en aérant sans addition d'azote, ni d'autres sels nutritifs. La levure eultivée en discontinu sur un milieu nutritif contenant la proportion normale d'azote, comprenait de 40 à 65% de protéines et de 5 à 14% de lipides; quand le milieu nutritif contenait la moitié de la proportion normale d'azote la levure contenait de 35 à 45% de protéines et plus de 20% de lipides. Le rendement en levure atteignait 250 kilogrammes par tonne de gasoil. Dans le cas de cultures réalisées suivant les mêmes régimes avec carence subséquente en azote (régime sans apport d'azote), le rendement en levure n'accusait aucune diminution, la teneur en protéines de la levure atteignait 2T, alors que la teneur en lipides augmentait jusqu'à 40%. Quand les cultures de levure étaient réalisées en discontinu, le point d'écoulement du gasoil descendait jusqu a des valeurs comprises entre -450 et - 500G. On a obtenu un abaissement maximal du point d'écoulement en réalisant des cultures par le procédé mixte consistant à utiliser la moitié de la proportion normale d'azote au cours de la première étape et à supprimer l'apport d'azote au cours de la seconde étape. Au cours des cultures en continu, on a réalisé la croissance des levures avec les memes caractéristiques que dans le cas des cultures discontinues, mais en introduisant dans les fermenteurs d'une façon continue, le gasoivet le milieu nutritif aqueux, et on a récolté la même quantité de crème (suspension) de levure. Dans la variante du procédé en continu en une seule étape, on a réalisé la croissance des levures avec des proportions normales d'azote ou avec carence d'azote dans le milieWnutritif, le taux de dilution du milieu variant entre 0,07 et 0,5 heure la concentration du gasoil dans le milieu variant de 3 à 75% en volume. Quand on cultive les levures (avec des proportions normales optimales) d'azote dans le milieu nutritif, de 43 à 57, 5% de protéines et de 8,9 à 13,8% de lipides s'accumulent dans les levures. En cas de culture avec la moitié de la proportion normale d'azote dans le milieu nutritif, la teneur en protéines se chiffre par 35,8 à 45s2fo alors que la teneur en lipides est de 19,9 à 22%. Quand on cultive les levures avec une proportion normale d'azote dans le milieu nutritif, le point d'écoulement du gasoil, indépendamment de sa concentration dans le milieu et de la vitesse de la réaction (taux de dilution du milieu), baisse peu (jusqu'à 00) tandis que la teneur du gasoil en paraffine varie (de 30,3 à 38,0) su fur et à mesure que la concentration du milieu augmente de 3,75 à 25%. Quand on cultive les levures avec la moitié de la proportion normale d'azote dans le milieu nutritif, le point d'écoulement du gasoil baisse de 12 à 130. Dans la variante du procédé en deux étapes on a réalisé la première étape d'une manière analogue au procédé en une étape dans un premier fermenteur, toutefois on a transféré les produits soutirés du premier fermenteur dans un second fermenteur, tandis qu'on a dirigé la crème de levure récoltée dans le second fermenteur sur un bac de réception afin dFen séparer ensuite la fraction-de microorganismes et le gasoil déparaffiné. On a réalisé la seconde étape (dans le second fermenteur) en brassant et aérant dans des conditions analogues à celles de3a première étape (dans le premier fermenteur). Toutefois, on n'a effectué aucun apport de gasoil ni de sels nutritifs entre autres, d'azote au cours de la seconde étape (dans le second fermenteur). Autrement dit, au cours de la première étape (dans le premier fermenteur) l'azote était entièrement métabolisé par les levures et au cours de la seconde étape (dans le second fermenteur) le processus se déroulait en l'absence d'azote. On a varié le taux de dilution du milieu, au cours du processus, entre 0,5 et 0,07 heure -1. Dans le sdicultures continues en deux étapes avec des proportions normales et optimales d'azote au cours de la première étape et sans azote au cours de la seconde étape, les levures contiennent 40,0% de protéines et 19,3% de lipides; le point d'écoulement du gasoil déparaffiné baisse de +4 à -200C et la teneur résiduelle du gasoil en paraffine est de 11,6% contre 40% pour le gasoil initial. En cas d'utilisation de la moitié de la proportion normale d'azote au cours de la première étape et d'une quantité nulle d'azote dans la deuxième étape, la teneur en protéines est de 35,4 -36,3%, celle en lipides de 23,3%, alors que le point d'écoulement du gasoil déparaffiné baisse jusqu'à -260C, c'est-à-dire de 700cl Le gasoil est exempt de paraffine. 1 s'ensuit que l'exécution de la seconde étape sans azote contribue non seulement à accumuler les lipides, mais encore à métaboliser totalement les paraffines du gasoil par les microorganismes. Ainsi, en variant la teneur du milieu nutritif en azote entre la teneur optimale pour la croissance des microorganismes et la teneur nulle, et en appliquant différents régimes d'exécution du processus de croissance , on peut régler le point d'écoulement du gasoil déparaffiné et la teneur en protéines et lipides de la matière cellulaire. Exemple 1. Procédé continu, en une seule étape, de culture de levures sur gasoil, avec une teneur en azote de 50% du milieu nutritif. On fait croître la levure "Candida guilliermondii" dans un fermenteur avec aération et agitation sur du gasoil contenant 40% de n-paraffine et caractérisé par un point d'écoulement de +40C. Composition du milieu nutritif gasoil -100cm3 sulfate d'amonium 3,5 g acide orthophosphorique (à 70%) - 1,25 cm3 chlorure de potassium - 350mg sulfate de magnésium - 175cm3 eau en quantité suffisante pour compléter à 1000 cm3. Au cours du processus on maintient le pH du milieu entre 3,5et et 5, la température entre 32 et 34 C, le débit d'air à 60 m3 -1 par kilogramme de levure sèche et le taux de dilution à 0,2 heure On controle le processus toutes les heures d'après la concentration de levure dans le fermenteur, le pE, la température et la teneur résiduelle du milieu en azote et en phosphore. On transfère la crème de levure du fermenteur dans un bac collecteur où cette crème sépare en deux couches: une couche supérieure constituée par un mélange de levure dans le gasoil et une couche inférieure formée par le milieu de culture usé. On traite la couche supérieure par une solution de substance tensio-active non-ionogène à raison de 0,1% de substance active calculé par rapport au volume de la couche supérieure. On agite le mélange et on le sépare dans un centrifugeur tournant à 5000 tours par minute. On recueille le gasoil dans un bac collecteur, on en mesure le volume, on l'analyse pour connaître sa teneur en paraffine résiduelle et on en détermine le-point d'écoulement. Après séparation, on sèche la levure dans un appareil de séchage par dispersion ou pulverisation à 1050C, on l'analyse pour connaître sa teneur en protéines et lipides. On calcule le rendement en lipides par rapport au gasoil utilisé. On obtient les résultats suivants: Rendement en levure par tonne de gasoil -152 kilogrammes Production spécifique du fermenteur -2,40 kg/m3/heure Teneur de la levure en protéines -41% en lipides -20,7% Caractéristiques du gasoil déparaffiné point d'écoulement -9 C teneur en paraffine -24,0 Exemple 2 Procédé continu, en deux étapes, de culture de levure "Candida guilliermondii" sur gasoil, avec la moitié de la proportion normale d'azote dans la première étape et en l'absence d'azote dans la deuxième étape. Le processus se déroule dans deux fermenteurs d'une façon analogue à l'exemple 1 avec les memes taux de dilution, avec cette différence qu'au cours de la première étape, le processus se déroule en présence de la moitié de la proportion normale d'azote dans le milieu nutritif indiqué dans l'exemple 1. On transfère la crème de rivure du premier fermenteur dans le second fermenteur (secondeétape), l'azote étant entièrement métabolisé au cours de la première étape et faisant entièrement défaut dans la deuxième étape. les conditions dans lesquelles se déroule le processus sont analogues à celles qui sont indiquées dans l'exemple précédent. On sépare la levure et le gasoil comme indiqué dans l'exemple 1 le rendement en levure par tonne de gasoil est de 140ka Production spécifique du fermenteur - 0,94kg/m heure Teneur de la levure en protéines : - 36,3% en lipides : - 23,4% Caractéristiques du gasoil déparaffiné point d'écoulement - 260C teneur en paraffine - 0% Exemple 3 Procédé continu, en deux étapes, de culture de levure 'tCandBa guilliermondii" sur gasoil, avec une proportion normale complète d'azote au cours de la preaière étape et enl'absenoetotale d'azote au cours de la seconde étape. Le processus se déroule dans deux fermenteurs. Dans le premier fermenteur (première étape) le processus se déroule en présence de la proportion normale optimale d'azote dans le milieu nutritif indiqué dans l'exemple 1. La métabolisation de l'azote par la levure au cours de la première étape est complète (îoo%). La teneur du liquide de culture en azote résiduel est soit nulle, soit en concentration maximale de 0,02 gramme/litre. On transfère la crème de levure du premier fermenteur dans le second fermenteur (seconde étape). Au cours de la seconde étape on n'ajoute pas de gasoil, ni de sels nutritifs, autrement dit au cours de la seconde étape le processus se déroule en l'absence d'azote. Les conditions de fermentation dans les deux fermenteurs sont identiques et analogues à celles de l'exemple 1, c'est-à-dire que le pH est compris entre 3,5 et 5, la température entre 32 et 3400. Le taux de dilution du milieu dans la première étape (premier fermenteur) est égal à 0,2 heure , dans la seconde étape il est de 0, 13 heure On sépare la levure et le gasoil après la seconde étape du processus comme exposé dans l'exemple 1. On obtient dans cet exemple: rendement en levure par tonne de gasoil -130 kilogrammes production spécifique du fermenteur -0,83 kilogramme/m3,u teneur de la levure en protéines - 40,5% en lipides -19,3% Caractéristiques du gasoil déparasTiné: point d'écoulement 2000 teneur en paraffine -11,6% Bien entendu, l'inventior n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. REVENDI0ATT0NS 1. Procédé de déparaffinage microbiologique des fractions résultant de la distillation du pétrole, avec aération et en présence d'un milieu nutritif aqueux contenant de l'azote, du phosphore, du potassium et du magnésium, caractérisé en ce que l'on effectue le déparaffinage en présence d'une teneur en azote insuffisante pour la croissance des cellules du milieu nutritif. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur du milieu nutritif en azote est de so% au maximum de la proportion normale. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue le déparaffinage en deux étapes, en utilisant,au cours de la première étape, au maximum 50% d'azote par rapport à la proportion normale, tandis qu'on effectue la seconde étape en l'absence totale d'azote. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue le déparaffinage en deux étapes, en utilisant dans la première étape jusqu'à ?00 d'azote, tandis que dans la deuxième étape l'azote fait entièrement défaut. 5. Les distillats du pétrole, caractérisés en ce qu'ils sont obtenus par le procédé suivant l'une des revendications 1 à 4.