Brevet FR2195684A1 — publié le 19740308

La présente invention concerne les indusTries microbiolo- gique et du traitement du pétrole, plus précisement 11 obtention d'une végétation de nicroorganisires à partir de matières premières contenant' tes hydrocarbures, notamment à partir de distillas du pétrcle. On cornait déjà différents procédés de culture de micrcorganismes sur des sources d'hydrocarbures constituées par deys distillats du pétrole contenant des paraffines, permettant d'obtenir une végétation de microorganismes et une fraction de pétrole à point de figeage réduit. Ainsi, par exemple, dans le brevet français N 1.393.517, classe C 10, délivré en 1964 , on décrit en détail un procédé continu de production de microorganismes, notamment de levures Candida lipolytica, sur des hydrocarbures de pétrole, avec aération et en présence d'un milieu nutritif minéral aqueux et d'une culture de microorganismes, ledit procédé consistant à faire fermenter les produits de départ et à séparer ensuite la végétation de microorganismes obtenue d'avec les hydrocarbures de pétrole partiellement déparaffinés. Toutefois, ce procédé connu ne permet pas d 'obtenir un prélevement suffisamment important de végétation de microorganismes par unité de produit pétrolier, t en plus, n'assure pas un déparaffinage suffisamment poussé des h.ydro- carbures de pétrole. Différentes variantes du procédé connu de production de microorganismes sur des hydrocarbures de pétrole permettent d'obtenir une augmentation du prélèvement de végétation de oicrooganismes, en augmentant, dans certaines limites, la concentration de produit pétrolier ou les coefficients de dilution du milieu, ou bien an accroissant à la fois ladite concentration C lesdits coefficients. Néanmoins, on ne parvint pas à assurer un dépE.raffinage poussé du produit pétrolier. Il en résulte ce l'on n'obtient qu'un seul produit nouveau, à savoir la végétation de microorganismes c: s alors Cue la qualité du produit pétrolier obtenu, par exemple du distillat de pétrole, n'est améliorée que d'une façon insignifiante. la présente invention vise un procédé permettant l'obtention parall'le de dem produits présentant chacun un lntéwê+ individuel, à savoir un distillat de pétrole profondément déparaffdné et à bas point de figeage et une végéta tion de iliicroorganismes. L'invention vise également un procédé permettant d'augmenter le prélèvement de végétation de microorganismes par unité de produit pétrolier utilisé. On s'est donc proposé de mettre au point un procédé de fermentation permettant d'utiliser à maintes reprises le distillat de pétrole au cours du déparaffinage par voie microbiologique, et assurant l'obtention de deux produits mals : une végétation de microorganismes et un distillat de pétrole à bas point de figeage, et permettant en outre d'augmenter le prélévement de végétation de microoganismes par unité de produit pétrolier utilisé. Ces problèmes sont résolus du fait que le distillat de pétrole partiellement déparaffiné, obtenu par le procédé connu, est soumis à nouveau à la fermentation en présence d'un milieu nutritif minéral aqueux frais et d'une culture de microorganismes fraiche, et à séparer ensuite l'un de l'autre les produits obtenus, c est-à-dire le distillat de pétrole partiellement déparaffiné et la végétation de microorganismes, en répétant ce processus jusqu'au déparafIinage complet du distillat de pétrole. Suivant une variante de réalisation de l'invention, on utilise, dans les phases ultérieures, le milieu nutritif aqueux partiellement usé. Il en résulte une amélioration considérable de tous les indices économiques du procédé. un trouvera qi-après, à titre comparatif, des donnés relatives à la réparation d'une végétation de microorga- nismes et d'us distillat de pétrole à bas point de fieae don le procédé en une seule phase (procédé connu) et le procédé faisant l'objet de l'invention. Caractéristiques du : Culture en une :(Procédé proposé):Résultats processus : seule phase :phase phase définitifs :(Procédé connu) primai- :secondai-:obtenus re : re re :après les : : : zdeux phass Concentration de dis- : tillats dans le milieu,: 10 10 5 : 10 : 10 % Coefficient de dillu- . tion D, h-1 . 0,2 0,1 0,067: 0,1 : 0,1 Point de figeage du distillat déparaffiné, -10 -15 45 : -15 : -45 -45 Rendement en levures . seches, en % de la . fraction de distillat 16,0 14,0 9,0 14,0 6,0 20,0 pétrolier de départ . Prélevement de levures: seches, en Kg par tome:160 140 90 : 140 : 60 : 200 de distilat départ ) Le distillat pétrolier de départ a un point de figeage de -8 C et contient 25 % de n-alcanes. Ainsi qu'il ressort du tableau ci-dessus, en utilisant le procédé connu (en une seule phase) avec une concentration de distillat de 10 % et un coefficient de dilution D compris entre 0,2 et 0-,1h -1 , on obtient un rendement de 14 à 16 % en levures sèches par rapport à la fraction de distillat pétrolier, ce qui équivaut à l'obtention de 140 à 160 kg de levures sèches par tonne de distillat. Toutefois, la température de figeage du distillat de pétrole est réduite à une valeur de -10 à -150G, c'est-à-dire que sa diminution est de 2 à 70C. Une basse température de congélation du distillat pétrolier, à savoir -45 C, est obtenue dans le procédé connu, en une seule phase, avec une moindre concentration de distillat pétrolier dans le milieu (5%) et avec un coefficient de dilution plus faible (0,067 h Toutefois, on obtient dans ce cas un bas rendement en levures sèches (9 %), équivalent à l'obtention de 9o kg de celles-ci par tonne de distillat pétrolier. le procédé faisant l'objet de l'invention et prévoyant l'utilisation en deux phases du distillat de pétrole en concentration de 10 % permet d'obtenir un distillat pétrolier ayant un bas point de figeage (-450C), tout en assurant, comparativement au procédé connu, un rendement plus élevé en levures sèches (20 %), ce qui équivaut à 200 kg par tonne de distillat - pétrolier. Il s'ensuit que le procédé proposé de culture de microorganismes, prévoyant un déparaffinage en deux étapes du distillat pétrolier, assure l'obtention de prélèvements importants de végétation de microorganismes, par exemple, de levures, par unité de distillat pétrolier utilisé, ce qui est de 1,5 à 2 fois supérieur aux valeurs atteintes en cas d'utilisation unique du distillat pétrolier, ainsi que l'obtention d'un distillat pétrolier à degré de déparaffinage élevé et dont le point de figeage est réduit de 35 à 4000. Un mode de réalisation du procédé faisant l'objet de l'invention va maintenant etre décrit à titre d'exemple non limitatif et à l'aide de la figure unique annexée illustrant schématiquement le procédé proposé. On effectue d'abord, par un procédé connu quelconque, une fermentation (4) des microorganismes sur un distillat pétrolier (2) contenant au moins 4 à 5% de paraffines (première phase de déparaffinage du distillat pétrolier). Afin d'assurer un rendement élevé en végétation microbienne, on conduit la culture à une vitesse élevée du processus de fermentation (D = 0S1 à 0S4 h ) avec de hautes concentrations de distillat pétrolier dans le milieu (10 à 75 %). En tant que matière première on peut utiliser n'importe quel distillat pétrolier nécessitant un déparaffinage et contenant des n-elcaes favorisant le développement de mieroorganismas, ainsi que du pétrole brut. Il y a Entre à utiliser, en particulier, les fractions bouillant entre 200 et 4000C de pétrole à haute teneur en paraffines. in tant que cultures microbiennes on peut utiliser n importe quels microorganismes susceptibles d'être cultivés sur des hydrocarbures de pétrole: levures, bactéries, champignons. Parmi les levures, il est préférable de faire appel aux levures du genre Candida, notamment aux espèces G. guilliermondil, C. Stop., C. lipolytica, C. tropicalis, etc. En tant que sources d'éléments nutritifs minéraux on introduit dans le milieu des sels d'azote, de phosphore, de potassium, de magnésium et d'autres éléments indispensables au développement normal des microorganismes. Le distillat pétrolier ayant subi la première phase de déparaffinage est isolé par un procédé connu quelconque, par exemple par cantrifugeage, séparation (5) avec ou sans utilisation d'additifs ( substances tensio-actives et autre). On obtient ainsi une végétation microbienne (A) et un distillat pétrolier (7) ayant un point de figeage réduit. Toutefois, la réduction de la température de figeage est dans ce cas peu importante et le taux de déparaffinage ne dépasse pas 30 à 50 c. les avantages de cette première phase de la production de microorganismes est le prélèvement important de végétation microbienne et le rendement élevé du matériel de fermentation. Ensuite, le distillat pétrolier (7) partiellement déparaffiné durant la première phase (4) sans épuration préliminaire vis-à-vis des produits de métabolisme des microorganismes, des restes de milieu de culture et d'autres substances ajoutées en cas de nécessité en vue de faciliter la séparation du distillat pétrolier d'avec le milieu de culture après la première phase (4) de déparaffinage, est utilisé de nouveau poorune seconde phase (8) de déparaffinage, en tant que source d'hydrocarbures pour la production de microorganismes. Au ours du deuxième déparaffinage du distillat pétrolier (8), on procéde à la production de microorganismes, (notamment de lavures) en utilisant n1 importe quelle culture de microorganismes susceptibles de se développer sur un distillat de pétrole, de préférence des microorganismes du même genre que ceux utilisés pour la première phase de déparaffinage du distillat de pétrole. La composition du milieu minéral aqueux peut être la même que celle du milieu utilisé pour la phase primaire de déparaffinage, ou bien elle peut être modifiée suivant les nécessités imposées par la culture mise en jeu. Aussi bien dans la phase primaire que dans les phases suivantes, on peut recycler complètement ou partiellement le milieu nutritif aqueux usé. Au cours de la deuxième phase d'utilisation, pour la culture de microorganismes, du produit pétrolier partiellement déparaffiné, on conduit la fermentation à une vitesse de dilution D pouvant aller de 0,1 à 0,4 h , ce qui assure un rendement suffisant en végétation microbienne par tonne de distillat pétrolier partiellement déparaffiné, et un bon état de la culture obtenue. le distillat pétrolier (B) qui en résulte a un point de figeage inférieur à celui de la première phase. Plusieurs exemples concrets mais non limitatifs de mise en oeuvre du procédé de l'invention vont maintenant être décrits. Exemple 1.- On cultive les levures Candida Sp H-332 (3) par le procédé continu (avec aération et agitation mécanique) dans un fermenteur de 30 litres de capacité, sur un milieu minéral aqueux (1) contenant comme source de carbone, un distillat pétrolier (2). Le distillat pétrolier de départ présente les caractéristiques suivantes: limites d'èoullition 220 à 3500C, point de figeage -80C, teneur en n-alcanes 25 Y. Composition du milieu minéral aqueux: (NH4)2S04 - 4 g H3P04 - 6 ml dilaé dans un rapport de 1/9 KCl - 0,45 g MgS04. 7H20 ~ 0,3 g distillat pétrolier - 10 % en volume eau - q.s. pour 1 litre On conduit le processus en continu, la dilution s'effectuant en 10 h (D = 0,1 h 1). A l'issue du déparaffinage microbiologique (4) on effectue la séparation (5) du distillat pétrolier d'avec les levures et la liqueur de culture, avec addition de 0,2 % de substances tensio-actives. On obtient les levures (A) que l'on sèche dans un séchoir-atomiseur, et un distillat pétrolier déparaffiné (7). le distillat pétrolier (7) déparaffiné dans la première phase contient 17 % de n-alcanes, sa température de congélation est réduite à -150G. le rendement en levure sèche se chiffre par 14 % par rapport au distillat pétrolier, ce qui équivaut à l'obtention de 140 kg de levures sèches par tonne de distillat. le distillat pétrolier (7) partiellement déparaffiné, isolé par séparation" (s), sans subir aucune épuration vis-à-vis des produits de métabolisme des levures ni des restes de substances tensio-actives, est utilisé en tant que source de carbone pour une nouvelle culture de levures (phase secondaire de déparaffinage 8 du distillat pétrolier. La composition du milieu, la vitesse du processus et les autres caractéristiques restent les mêmes que pour la première phase de déparaffinage du distillat pétrolier. le distillat pétrolier résultant de la phase secondaire de déparaffinage est isolé lui aussi, par séparation (9), avec addition de substances tensio-actives. On obtient ainsi les levures (A) que l'on sèche dans un séchoir-atomiseur, et un distillat pétrolier (B) contenant moins de 2 % de n-alcanes, la température de figeage de celui-ci étant réduite à -450G. le rendement en levures sèches résultant de la phase secondaire de déparaffinage est de 7,5 % par rapport au distillat pétrolier, ce qui équivaut à l'obtention de 75 kg de levures sèches par tonne de distillat pétrolier réutilisé. le prélèvement total de levures, rapporté à une tonne de distillat de départ, se chiffre par 200 kg. le taux de consommation des paraffines est d'environ 100 %. le point de figeage est diminué de 37 C. Exemple 2.- les levures Gandida guilliermondii H-542 sont cultivées par un procédé continu, comme décrit dans lfexemple 1. le distillat pétrolier de départ (2) présente les caractéristiques suivantes: limites d'ébullition 240 à 3600G, point de figeage -60C, teneur en n-alcanes 15S4 %. Composition du milieu minéral aqueux: H3P04 (70 %) 2,19 g HCl o 95 g MgS04 0,46 g FeS04.7H20 37,5 mg MnS04.4H20 26,2 mg ZnSO4.7H20 27,5 mg CuSO4.5H2O 3,42 mg eau q.s. pour 1 litre En tant que source d'azote (1) et pour maintenir le pH du milieu à 4,2, on utilise une solution à 5 % de NH4OH. La température dans le fermenteur (4) est maintenue dans les limites de 31 - 20C. On conduit le processus en continu, la dilution s'effectuant en 5 h (D = 0,2 h t ) et la concentration de distillat pétrolier dans le milieu étant de 25 %. le distillat pétrolier résultant du déparaffinage microbiologique (4) est se'paré par le procédé (5) décrit dans l'exemple I On obtient une végétation microbierlne (A) et un titilla pétrolier partiellement d'paraffinç (7). Le distillat pétrolier a un point de figeage de -27 C et contint 7 - de n-alcanes. Le rondement en levures sèches est de 9,6 " par rapport au distillat pétrolier, ce qui équivaut à l'obtention de 96 kg de levures sèches par tonne de combustible. Le distillat pétrolier partiellement déparaffiné (7) et isolé par séparation est utilisé, sans subir aucune épuration préliminaire, en tant que source de carbone pour une nouvelle culture de levures (réutilisation ou deuxième phase de fermentation). On conduit la fermentation en continu, la dilution s'effectuant en 7 h (D = 02143 h ), la composition du milieu et les autres caractéristiques du processus étant les mêmes qu'au cours de l'utilisation primaire du distillat dans cet exemple. Le distillat pétrolier résultant du déparaffinage microbiologique est séparé par le procédé décrit dans l'exemple 1. On obtient finainent une végétation microbienne (A) et un distillat (B) à degré de déparaffinage élevé. le distillat pétrolier a un point de figeage de -450C et contient moins de 2 jé de n-alcanes. le prélèvement de levures sèches lors de l'utilisation secondaire du distillat de pétrole est de 44 kg par tonne de distillat partiellement déparaffiné, ou de 38 kg par tonne de distillat de départ.le prélèvement total, y compris celui de la phase primaire, se chiffre par 134 kg de levures sèches par tonne de distillat de départ. Le taux de consommation des paraffines est d'environ 100 ;1. le point de figeage est diminué de 39 C. Exemple 3.- Les levures (3) Gandida guilliermondii H-542 sont cultivées par un procédé continu dans un fermenteur-type (4) de 30 litres de capacité, avec aération et avec les mêmes caractéristiques du processus et la mssme composition du milieu minéral aqueux (1) que dans l'exemple 2. Le distillat pétrolier de départ (2) présente les caractéristiques suivantes: limites d'ébullition 240 à 360CC, point de figeage + 50C, teneur en n-alcanes 43 -. On condui~ la fermentation en continue, la dilution s'effectuant en 5 h (D = 0,2 h -1 ), la concentration de distillat dans le milieu étant de 10 . le distillat pétrolier (7) isolé par le procédé décrit dans l'exemple 1 a un point de figeage de -180C et contient 16 Yo de n-alcanes. Le rendement en levures sèches est de 30 % par rapport à la fraction de distillat pétrolier, ce qui équivaut à l'obtention de 300 kg de levures sèches par tonne de distillat. le distillat pétrolier partiellement déparaffiné, isolé par séparation (5), est utilisé comme source de carbone pour une nouvelle culture de levures (réutilisation 8). la processus de fermentation (8) s'opère à la même vitesse de dilution et aux mêmes autres caractéristiques du processus que pendant l'utilisation primaire. La concentration de distillat dans le milieu est de 20 . le distillat pétrolier séparé par le procédé (9) décrit plus haut a un point de figeage de -30 C. le prélèvement de végétation microbienne est de 85 kg par tonne de distillat partiellement déparaffiné, ou de 55 kg par tonne de distillat de départ. la prélavement total de végétation microbienne, y compris celui de la phase primaire, se chiffre par 355 kg par tonne de distillat pétrolier; le point de figeage du distillat pétrolier est diminué de 35 C Exemple 4.- Les levures (3) Gandida guilliermondii H-542 sont cultivées dans un fermenteur (4) pourvu d'un système d'aération par éjection et ayant une capacité de 200 litres, 50 à 90 % du milieu de culture usé étant recercles. Le distillat de départ constitué par des hydrocarbures bouillant à 260 à 35000 a un point de figeage de -4 C et contient 18 Y de n-alcanes. Le processus de déroule en continu, la dilution s'effectuant en 5 h (D = 0,2 h ), la concentration de distillat pétrolier dans le milieu étant de 20 %. La composition du milieu minéral aqueux est analogue à celle décrite dans l'exemple 2. Le distillat pétrolier (5) séparé par le procédé décrit dans l'exemple 1 a un point de figeage de -14 C et contient 9 % de n-alcanes. Le rendement en végétation microbienne (A) est de 9,5 % par rapport à la fraction de distillat, ce qui équivaut à l'obtention de 95 kg de végétation microbienne sèche par tonne de distillat pétrolier. Le distillat partiellement déparaffiné (7) est utilisé à nouveau, par fermentation (8) dans un fermenteur de 30 litres de capacité, et avec aération et agitation mécanique. La fermentation avec recyclage de 50 % du milieu de culture usé est effectuée en continu, la dilution s'effectuant en 7 h (D = 0,143 h1), la concentration de distillat dans le milieu étant de 20 %. La composition du milieu et les autres caractéristiques de la fermentation sont analogues à celles indiquées pour la phase primaire. Le distillat isolé par le procédé décrit plus haut a un point de figeage de -30 C. Le prélèvement de végétation microbienne est de 80 kg par tonne de distillat partiellement déparaffiné, ce qui équivaut à 70 kg supplémentaires par tonne de distillat de départ. Le prélèvement total de végétation microbienne se chiffre par 165 kg de végétation microbienne sèche par tonne de distillat. Le point de figeage du distillat pétrolier est diminué de 260C. Bien entendu, l'invention n'est donc nullement limité aux modes de réalisation décrits eut représentéquin'cnt été donne qutà titre d'exemple.En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrit ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENTIGATIONS ******** 1. Un procédé microbiologique-dontiou d'obtentiorl simultanée d'un distillat pétrolier déparaffiné et d'une végétation microbienne à partir d'un distillat de pétrole contenant des paraffines, avec aération et en présence d'un milieu nutritif minéral aqueux et d'une culture de microorganismes, du type consistant à soumettre les produits de départ à une fermentation suivie de la séparation de la végétation microbienne obtenue d'avec le distillat pétrolier partiellement déparaffiné, ledit procédé étant caractérisé en ce que le distillat pétrolier partiellement déparaffiné ainsi séparé est à nouveau soumis à une fermentation en présence d'un milieu nutritif minéral aqueux frais et d'une culture microbienne fraîche, suivie de la séparation des produits obtenus, ce processus étant répété jusqu'au déparaffinage complet du distillat pétrolier. 2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à chaque phase de fermentation on utilise des microorganismes différents. 3. Un procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la concentration de distillat pétrolier dans le milieu est de 10 et 80 %. 4. Un procédé selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que dans les phases ultérieures du processus on utilise le distillat partiellement déparaffiné à différents dégrés d'épuration vis-à-vis des produits de métabolisme, de la végétation microbienne et du milieu aqueux usé. 5. Un procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'en tant que distillat pétrolier contenant des paraffines on utilise du pétrole brut. 6. Un procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on conduit la ffirmentation avec utilisation du milieu nutritif aqueux partiellement usé. 7. Distillat de pétrole déparaffiné, caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé suivant l'une des revendications 1 à 6. 8. Végétation microbienne, caractérisé en ce qu'elle est obtenue par le procédé suivant lune des revendications 1 à 7.