Khử lưu huỳnh trong Dầu mỏ bằng Vi sinh vật pdf

GVHD: TS.Đỗ Biên Cương TRÖÔØNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA HÓA HỌC LỚP HÓA DẦU K31  BÀI TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ SINH HỌC Đề tài Khử lưu huỳnh trong dầu mỏ bằng Vi sinh vật  GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : TS. ĐỖ BIÊN CƯƠNG SINH VIÊN THỰC HIỆN : HUỲNH ĐỨC KỲ LỚP : HÓA DẦU K31-ĐH Quy Nhơn Bài tiểu luận:Công nghệ sinh học Page 1 Năm học: 2011 - 2012 Năm học: 2011 - 2012 GVHD: TS.Đỗ Biên Cương I. TỔNG QUAN VỀ DẦU MỎ II. TÁC HẠI CỦA LƯU HUỲNH III. CÁC HỢP CHẤT CHỨA LƯU HUỲNH TRONG DẦU MỎ IV. ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC HỢP CHẤT CHỨA LƯU HUỲNH TRONG DẦU MỎ V. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ LƯU HUỲNH VI. CÁC CHUẨN VI KHUẨN KHỬ LƯU HUỲNH VII. SƠ ĐỒ XỬ LÍ LƯU HUỲNH TRONG DBT BẰNG VI SINH VẬT VIII.CÔNG NGHỆ KHỬ LƯU HUỲNH BẰNG VI KHUẨN IX. TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài tiểu luận:Công nghệ sinh học Page 2 GVHD: TS.Đỗ Biên Cương I. TỔNG QUAN VỀ DẦU MỎ Dầu mỏ được con người biết đến từ thời cổ xưa, đến thế kỷ XVIII, dầu mỏ được sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng. Sang thế kỷ XIX, dầu được coi như là nguồn nhiên liệu chính cho mọi phương tiện giao thông và cho nền kinh tế quốc dân. Hiện nay dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất của mọi Quốc Gia trên Thế Giới. khoảng 65 đến 70% năng lượng sử dụng đi từ dầu mỏ, chỉ có khoảng 20 đến 22% là đi từ than, 5 đến 6% năng lượng từ nước và khoảng 8 đến 12% năng lượng đi từ hạt nhân. Bên cạnh đó, hướng sử dụng mạnh mẽ và có hiệu quả nhất của dầu mỏ là làm nguyên liệu cho tổng hợp Hóa Dầu như: sản xuất cao su, chất dẻo, tơ sợi tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, phân bón,… thậm chí cả protein. Ngoài các sản phẩm nhiên liệu và các sản phẩm hóa học của dầu mỏ các sản phẩm phi nhiên liệu như dầu mỡ bôi trơn, nhựa đường, hắc ín… cũng là 1 phần quan trọng trong sự phát triển của công ngiệp. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp Dầu Khí trên Thế Giới, dầu khí Việt Nam cũng được phát hiện từ những năm 1970 và đang trên đà phát triển. Cùng với việc phát hiện ra các mỏ dầu có trữ lượng tương đối lớn như: mỏ Đại Hùng, mỏ Bạch Hổ, mỏ Sư Tử Đen…Chúng là nguồn tài nguyên quí giúp nước ta bước vào kỷ nguyên mới của công nghệ Dầu Khí. Tuy nhiên bên cạnh những đặc tính ưu việt đó còn tồn chứa những khuyết điểm cần phải được hạn chế đến mức tối ưu nhất. Đặc biệt với sự phát triển và nhu cầu năng lượng của con người ngày nay đã làm nảy sinh ra các vấn đề về môi trường: ô nhiễm bầu khí quyển do các khí thải từ động cơ, gây mưa axit, ăn mòn động cơ, tắc ngẽn đường ống… gây tác động xấu đến sức khỏe con người và ảnh hưởng đến môi trường sinh thái. Vì vậy nhiệm vụ cấp bách của các nhà khoa học hiện nay là tìm ra phương pháp hữu hiệu nhất nhằm giảm đáng kể tác hại của các sản phẩm phụ không mong muốn xảy ra trong các quá trình lọc hóa dầu cũng như khí thải từ các động cơ gây ra. Hiện nay có rất nhiều phương pháp để xử lý, tuy nhiên trong tiểu luận này chúng tôi chỉ đề cập đến phương pháp khử lưu huỳnh trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học. Bài tiểu luận:Công nghệ sinh học Page 3 GVHD: TS.Đỗ Biên Cương MỘT SỐ HÌNH ẢNH CỦA LƯU HUỲNH Bài tiểu luận:Công nghệ sinh học Page 4 GVHD: TS.Đỗ Biên Cương II. TÁC HẠI CỦA LƯU HUỲNH  Gây ngộ độc xúc tác trong quá trình chế biến.  Khí thải của các động cơ có chứa lưu huỳnh gây ô nhiễm môi trường: mưa axit SO 2 SO 3 H 2 SO 4  Gây ăn mòn động cơ  Gây ăn mòn đường ống, bể chứa….  Vì vậy cần phải khử lưu huỳnh đến mức tối ưu nhất. Bài tiểu luận:Công nghệ sinh học Page 5 GVHD: TS.Đỗ Biên Cương Hình ảnh của một nguồn nước bị ô nhiễm nặng Một số hình ảnh gây ô nhiễm môi trường do khí thải của động cơ và các nhà máy gây ra III. CÁC HỢP CHẤT CHỨA LƯU HUỲNH TRONG DẦU MỎ Trong thành phần phi hydrocacbon, các chất hữu cơ chứu lưu huỳnh là loại hợp chất phổ biến nhất và cũng đáng chú ý nhất, chúng làm xấu đi chất lượng của dầu thô. Người ta đã xác định được trên 250 loại hợp chất của lưu huỳnh. Các loại dầu thô chứa ít hơn 0,5% lưu huỳnh là loại dầu tốt, còn dầu chứa từ 1 đến 2% lưu huỳnh trở lên là dầu xấu .Dầu mỏ Vịêt Nam có hàm lượng các hợp chất chứa lưu huỳnh thấp < 0,5%. Các chất chứa lưu huỳnh thường ở các dạng như: Bài tiểu luận:Công nghệ sinh học Page 6 GVHD: TS.Đỗ Biên Cương 1. Mercaptan : R-H-S 2. Disunfua : R-S-S-R ’ 3. Sunfua : R-S-R’ 4. Thiophen : (lưu huỳnh trong mạch vòng) 5. Lưu huỳnh tự do: S, H 2 S IV. ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC HỢP CHẤT CHỨA LƯU HUỲNH TRONG DẦU MỎ 1. Lưu huỳnh tự do dạng mercaptan: Mercaptan là các hợp chất có nhóm SH liên kết trực tiếp với gốc hydrocacbon, chúng không bền và dễ phân hủy ở nhiệt độ cao: (ở 300 0 C) 2RSH  R-S-R + H 2 S (ở 500 0 C) RSH  R’-CH=CH 2 + H 2 S Các chất mercaptan thường có mặt ở phần có nhiệt độ sôi thấp (ở phân đoạn xăng, với nhiệt độ sôi dưới 200 0 C), gốc hydrocacbon thường từ C 1 đến C 8. 2. Lưu huỳnh dạng sunfua và disunfua: Các chất này thường có ở phân đoạn có nhiệt độ sôi trung bình và cao. Gốc hydrocacbon có thể là mạch thẳng, vòng no hoặc vòng thơm. Đặc biệt ở phần có nhiệt độ sôi cao thường thấy nhiều lưu huỳnh dạng disunfua có thể là do các chất mercaptan bị phân hủy hoặc dễ dàng oxy hóa để tạo ra disunfua theo phản ứng sau: 2RSH + 1/2 O 2  R-S-S-R + H 2 O 3. Lưu huỳnh dạng thiophen Các hợp chất chứa lưu huỳnh dạng thiophen có cấu trúc mạch vòng, như: Thiophen Bài tiểu luận:Công nghệ sinh học Page 7 GVHD: TS.Đỗ Biên Cương Benzothiophen Dibenzothiophen Lưu huỳnh dạng thiophen là loại hợp chất chứa lưu huỳnh phổ biến nhất (chiếm từ 45 đến 92% trong tất cả các dạng hợp chất chứa lưu huỳnh của dầu mỏ). Do đó, người ta chỉ cần loại bỏ hợp chất chứa lưu huỳnh dạng thiophen ra khỏi dầu mỏ. Chúng thường có mặt ở các phần có nhiệt độ sôi trung bình và cao của dầu. 4. Lưu huỳnh dạng tự do Đó là lưu huỳnh dạng nguyên tố (S) và dạng H 2 S. Khi đun nóng, H 2 S sẽ bay ra, gây nên ăn mòn đường ống và thiết bị. 5. Ngoài ra, trong dầu mỏ còn có một số hợp chất chứa lưu huỳnh như: Benzonaphtothiophen Các chất này có mặt trong thành phần của dầu thô và các sản phẩm dầu, chúng rất khó bị khử do lưu huỳnh nằm sâu trong trong vòng. Liên kết giữa chúng và các gốc hyđrocacbon rất bền vững, nhưng vì hàm lượng của chúng là không đáng kể nên ít làm ảnh hưởng tới chất lượng của dầu. V. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ LƯU HUỲNH 1. Phương pháp hóa học: - Quá trình hydrodesulfua hóa (HDS) nhằm loại lưu huỳnh ra khỏi các hợp chất chứa lưu huỳnh, như vậy sẽ làm giảm được hàm lượng của lưu huỳnh đến mức cho phép 170ppm (theo TCVN). - Phương pháp này được sử dụng trong các nhà máy lọc dầu, tuy nhiên những nhược điểm mà nó mang lại rất đáng lo ngại như: Bài tiểu luận:Công nghệ sinh học Page 8 GVHD: TS.Đỗ Biên Cương  Công nghệ để thực hiện các quá trình khử lưu huỳnh rất phức tạp, đòi hỏi phải chịu được nhiệt độ và áp suất rất cao.  Để các quá trình khử xảy ra cần phải sử dụng các xúc tác có hoạt tính hóa học cao, đắt tiền như: CoMo/Al 2 O 3 ; CoMoP/Al 2 O 3 ; GaCr/HZSM5 hoặc hỗn hợp CoMoP/Al 2 O 3 + GaCr/HZSM5. Vì vậy chi phí cho quá trình cao.  Lưu huỳnh có trong dầu mỏ hoặc được sinh ra trong quá trình khử trên làm ngộ độc xúc tác, làm mất hoạt tính của xúc tác. Nên phải tốn kém chi phí để tái sinh xúc tác và trong một số trường hợp một lượng lớn chất xúc tác bỏ đi khi không còn khả năng tái sinh.  Phương pháp này không đạt được hiệu quả cao đối với một số hợp chất lưu huỳnh có nhiều vòng thơm ngưng tụ (liên kết giữa S và gốc hydrocacbon rất bền vững) .  Gây ô nhiễm môi trường nếu lượng H 2 S sinh ra sau quá trình khử lưu huỳnh không được thu hồi triệt để.  Để hiệu quả khử lưu huỳnh cao thì nhiệt độ phải càng cao. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ quá cao thì quá trình khử sâu sẽ làm giảm mạnh trị số octan của xăng thu được, làm giảm chất lượng của xăng.  Với những nhược điểm trên, ngày nay các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu tìm ra một hướng đi mới, phương pháp mới đó là: phương pháp sinh học. 2. Phương pháp sinh học: Bản chất của phương pháp sinh học trong quá trình tách lưu huỳnh ra khỏi hợp chất chứa S là sử dụng khả năng sống và hoạt động của các vi sinh vật có ích để phân huỷ các chất hữu cơ thành các thành phần khác nhau mà vẫn giữ lại được các thành phần có ích trong dầu mỏ. - Ưu điểm của phương pháp:  Vừa mang lại hiệu quả về kinh tế vừa mang lại hiệu quả về môi trường.  Tiết kiệm kinh phí trong việc xử lý. Thiết bị để thực hiện các quá trình này đơn giản hơn. Nên giá thành sản phẩm dầu mỏ sau khi chế biến sẽ rẻ hơn phương pháp hóa học.  Sản phẩm sau khi khử lưu huỳnh có độ tinh khiết cao, đạt được tiêu chuẩn cho phép. Bài tiểu luận:Công nghệ sinh học Page 9 GVHD: TS.Đỗ Biên Cương  Không gây ô nhiễm môi trường, không sử dụng xúc tác trong quá trình khử như phương pháp hóa học. - Hạn chế của phương pháp:  Phải chọn ra được chuẩn vi khuẩn phù hợp để có thể phân hủy được các hợp chất chứa S trong dầu mỏ.  Phải đảm bảo được điều kiện về môi trường và nguồn dinh dưỡng cần thiết cho quá trình sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn.  Với những ưu điểm vượt trội đó, ngày nay công nghệ sinh học đã và đang chiếm vị thế cao trên trường Quốc Tế. VI. CÁC CHUẨN VI KHUẨN KHỬ LƯU HUỲNH Vi khuẩn khử lưu huỳnh cụ thể bao gồm: Rhodococcus, Agrobacterium MC501, Mycobacterium G3, Gordona CYKS1, Klebsiella, Xanthomona, Nocardia globelula, ưa nhiệt Paenibacillus. Trong đó chủng Rhodococcus được xem là tối ưu nhất.  Giới thiệu : Chủng Rhodococcus là một nhóm rất đa dạng các vi khuẩn gram dương hiếu khí có khả năng làm giảm một số lượng lớn hợp chất hữu cơ và bao gồm cả một số các hợp chất khó khăn nhất có tính bền vững và độc hại.Chúng đạt được điều này là vì có một số lượng lớn và đa dạng các loại gen dị hóa Nguyên cứu gần đây về các hoạt động trao đổi chất của Rhodococcus chỉ ra rằng vi khuẩn này có thể được khai thác khác nhau ứng dụng công nghiệp như dược phẩm, công nghệ môi trường,hóa dầu,hóa chất… Dưới đây là một số vi khuẩn thuộc chủng Rhodococcus và các tài liệu tham khảo: Rhodococcus erythropolis strain IGTS8 (formerly R. rhodochrous strain IGTS8) Kilbane (1992) Rhodococcus sp. strain UM3 Purdy et al. (1993) Bài tiểu luận:Công nghệ sinh học Page 10 [...]... các vi sinh vật có thể tiếp xúc và lấy chất dinh dưỡng một cách tốt nhất Và quá trình trao đổi chất của vi sinh vật sẽ thải ra khí Cacbonic Sau khi các vi sinh vật được nuôi dưỡng thì sẽ được dẫn vào bồn phản ứng sinh học đã có chứa dầu có hàm lượng lưu huỳnh cao Dưới tác dụng của cánh khuấy trong bồn phản ứng sinh học, nó sẽ khuấy trộn mạnh làm tăng sự tiếp xúc của vi sinh vật với hợp chất chứa lưu huỳnh. .. ra hợp chất 2_hydroxyphenyl không chứa lưu huỳnh và lưu huyhf được tách ra dưới dạng muối sunfat VIII.CÔNG NGHỆ KHỬ LƯU HUỲNH BẰNG VI KHUẨN Bài tiểu luận:Công nghệ sinh học Page 18 GVHD: TS.Đỗ Biên Cương Các vi sinh vật được cho vào trong một bồn chứa, rồi người ta sẽ cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết và khí Oxi để các vi sinh vật phát triển và sinh sôi Trong bồn chứa, dưới tác dụng của cánh khuấy,... khử lưu huỳnh một cách triệt để nhất Các quá trình khử lưu huỳnh cũng tương tự như ở bồn phản ứng đầu tiên Sản phẩm đi ra từ bồn phản ứng sinh học cuối cùng sẽ được đưa vào bộ phận phân tách để tách lưu huỳnh và dầu thô ra Sau đó dầu thô đã được khử lưu huỳnh sẽ tiếp tục được tách nước ra khỏi đầu thô và thu hồi lại các vi khuẩn và enzym Cuối cùng ta thu được dầu thô đã sạch lưu huỳnh  Kết luận: Dầu. .. sinh vật với hợp chất chứa lưu huỳnh Trong bồn phản ứng sinh học sẽ được cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết và sục khí Oxi đế làm tăng sự hoạt động của các vi sinh vật Tại đây, các vi sinh vật sẽ tiết ra những enzym để cắt đứt lưu huỳnh ra khỏi các hợp chất chứa lưu huỳnh Và quá trình khử lưu huỳnh sẽ làm giải phóng khí Cacbonic Tiếp đó, sản phẩm của bồn phản ứng sinh học đầu tiên sẽ được dẫn vào... biến tính ở 94̊ C trong 1 phút, được ủ ở 65̊C trong 1 phút và mở rộng ở 72̊C trong 3 phút Bài tiểu luận:Công nghệ sinh học Page 16 GVHD: TS.Đỗ Biên Cương VII.SƠ ĐỒ XỬ LÍ LƯU HUỲNH TRONG DBT BẰNG VI SINH VẬT Bài tiểu luận:Công nghệ sinh học Page 17 GVHD: TS.Đỗ Biên Cương  Thuyết minh sơ đồ: Dibenzothiophen (DBT) ban đầu dưới tác dụng cua enzym DszC do vi khuẩn Rhodococcus tiết ra và trong điều kiện có... g) Khả năng xử lý lưu huỳnh trong dầu: Trong vi khuẩn Rhodococcus erythropolis IGTS8 chứa 3 gen khử lưu huỳnh được gọi chung là sox A, B và C còn được gọi là dszA, dszB, và dszC được tổ chức nối tiếp nhau Các gen này sẽ tiết ra các enzym,các enzym này sẽ chịu trách nhiệm chuyển hóa sinh học các DBT 2-hydroxybiphenyl (2-HBP) và sulfite Cụ thể là nó sẽ cắt liên kết giữa cacbon và lưu huỳnh (C-S) mà không... chủng Rhodococcus trong công nghệ hóa lọc dầu về vấn đề xử lý các hợp chất chứa lưu huỳnh có trong dầu. Cụ thể là: Chủng Rhodococcus erythropolis IGTS8 được xem là có khả năng tăng trưởng tương đối nhanh, chu kỳ phát triển đơn giản và khử lưu huỳnh hiệu quả nhất  Chủng Rhodococcus erythropolis IGTS8 : Một số hình ảnh minh họa về chủng Rhodococcus erythropolis IGTS8: Bài tiểu luận:Công nghệ sinh học Page... cách hòa tan 1 vi n Fisher trong 500ml nước Sau đó đo mật độ quang A600 = 0.1 và được sử dụng f) Bảo quản và lưu dữ vi khuẩn : Bài tiểu luận:Công nghệ sinh học Page 15 GVHD: TS.Đỗ Biên Cương Vi khuẩn Rhodococcus erythropolis IGTS8 sẽ được nuôi dưỡng trong môi trường lỏng hoặc mạ trên thạch dinh dưỡng Đó là bảo quản vi khuẩn trong mỗi tuần còn đối với thời gian lâu dài,ta cho 0.85ml lượng vi khuẩn đó và... được khử trùng trong nồi hấp ở 121̊C trong 15 phút) vào trong ống Sau đó, các ống này sẽ được khấy và đảo trộn sao cho glycerol phân tán một cách đồng đều và chúng sẽ được giữ trong miếng đệm kín và được dán nhãn sau đó đem đi đông lạnh ở - 80̊C Các vi khuẩn có thể được phục hồi bằng cách cào bề mặt bị đóng băng của vi khuẩn bằng kim cấy vô trùng Sau đó, ngay lập tức cấy lên thạch dinh dưỡng hoặc vào trong. .. nghệ sinh học Page 14 GVHD: TS.Đỗ Biên Cương e) Vi khuẩn sau khi thu được : Số lượng vi khuẩn sẽ phát triển đến giai đoạn tăng trưởng ,sinh sản theo cấp số nhân trong môi trường lỏng và sau đó ly tâm bằng thiết bị ly tâm Hettick-EBA-20 của Đức ở 1400g trong 10 phút Các phần nổi trên bề mặt sẽ bị loại bỏ và các tế bào dạng vi n sẽ được làm sạch với phương pháp Ringer.Phương pháp Ringer được chuẩn bị bằng . CHỨA LƯU HUỲNH TRONG DẦU MỎ IV. ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC HỢP CHẤT CHỨA LƯU HUỲNH TRONG DẦU MỎ V. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ LƯU HUỲNH VI. CÁC CHUẨN VI KHUẨN KHỬ LƯU HUỲNH VII. SƠ ĐỒ XỬ LÍ LƯU HUỲNH TRONG DBT BẰNG. HỌC LỚP HÓA DẦU K31  BÀI TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ SINH HỌC Đề tài Khử lưu huỳnh trong dầu mỏ bằng Vi sinh vật  GIÁO VI N HƯỚNG DẪN : TS. ĐỖ BIÊN CƯƠNG SINH VI N THỰC HIỆN : HUỲNH ĐỨC KỲ . TRONG DBT BẰNG VI SINH VẬT VIII.CÔNG NGHỆ KHỬ LƯU HUỲNH BẰNG VI KHUẨN IX. TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài tiểu luận:Công nghệ sinh học Page 2 GVHD: TS.Đỗ Biên Cương I. TỔNG QUAN VỀ DẦU MỎ Dầu mỏ được con