Роль біотехнології у добуванні нафти

 

Найближчим часом біотехнологія відіграватиме істотну роль і в добуванні нафти. Оскільки ціни на нафту зростають, добування її зі складних в експлуації родовищ стає дедалі більш економічно вигідним. Тут можуть виявитись корисними мікроорганізми. Поперше, деякі полімери, що утворюються ними, особливо похідні ксантену, можна використовувати як компоненти розчинів, що закачують у пласт і мають потрібні реологічні характеристики для добування остаткової нафти. По-друге, у нафтовій промисловості використовуються поверхенвоактивні речовини мікробного походження. З економічного погляду виробництво таких речовин буде особливо вигідним, якщо їх вдасться добути мікробіологічним переробленням відходів, що містять нафту. Економічні характеристики біотехнологічних процесів підвищуються у разі поєднання перероблення відходів з виробництвом корисного продукту. Ще один вид досліджень у цьому напрямі – уведення придатних мікроорганізмів безпосередньо у нафтовий пласт для прискорення відтоку нафти з пористих порід.

 

Біодобрива

 

Крім біогазу при зброджуванні органічних речовин одержують біодобрива. Це екологічно чисті рідкі й тверді добрива (біогумус), позбавлені нітрату, насіння бур’янів, патогенної мікрофлори, яєць гельмінтів, специфічних запахів. Містять у великій кількості біологічно активні речовини, мікро- і мікроелементи. Біогумус є поживним середовищем для грунтотвірних мікроорганізмів, що стимулюють живлення рослин, їх ростові процеси;

у 15-20 разів ефективніший за будь-яке органічне добриво (гній, послід, торф). У разі використання таких добрив урожаї зростають на 40-50%.

 

 

Виробництво біоетанолу

Виробництво спирту етилового технічного з нехарчової

Сировини

Етанол технічний у країнах СНД виробляються різними галузями:

гідролізною, нафтохімічною, харчовою.

Спирт гідролізний (ГОСТ 17299-78) для виробництва каучуку отримують двох категорій. Спирт категорії А – з гідролізних субстратів, категорії Б – з лугів сульфітногідролізного виробництва. Ці спирти практично не очищуються від супутніх домішок. Шляхом азеотропної ректифікації з них отримують біоетанол технічний (СЕТ) абсолютований, який використовують у хімічній промисловості. Нафтохімічна промисловість випускає СЕТ синтетичний категорій А і Б (ТУ 7506008-31-91), ці спирти практично не очищені від основної маси легких домішок.

СЕТ синтетичний (ТУ 38.402-62-117-90) виробляють двох сортів

шляхом гідрування етилену. Ці спирти є частково очищеними від домішок і використовуються як розчинники в біосинтезі, в хімічній промисловості.

Етанол технічний (ТУ 64-11-14-89) виробляють шляхом ацетонобутилового бродіння і використовують як розчинник у лакофарбовій промисловості.

На заводах харчової промисловості СЕТ виробляють з молочної

сировини (ТУ 49757-83).

Поряд із зазначеними вище спиртами як сировина для хімічної промисловості та як екстра-розчинник виробляється спирт технічний гідролізний (ГОСТ 18300-87) високого ступеня очищення.

Сировиною для виробництва гідролізного спирту можуть бути відходи переробки деревини, некондиційна деревина, а також відходи переробки сільськогосподарської сировини – кукурудзяний качан, соняшникове лушпиння, бавовникове лушпиння тощо. Тобто, ті матеріали, які містять в значній кількості поліцукри, перш за все целюлозу та геміцелюлозу.

Унаслідок гідролізу деревини або іншої целюлозовмісної сировини

в присутності органічних кислот отримують так звані гідролізати, склад

яких коливається в широких межах залежно від первинної сировини.

Основними показниками гідролізатів є вміст редукуючих речовин та

масове співвідношення гексоз і пентоз.

На спирт зброджуються тільки гексози, тому найбільш придатними

видами сировини для виробництва спирту є такі, під час гідролізу яких

утворюється максимальна кількість гексоз. Це, передусім, деревина хвойних порід. Менш придатною є деревина листяних порід, кора, кукурудзяний качан і соняшникове лушпиння.принципову технологічну схему комплексної ереробки рослинної сировини, яка передбачає отримання поряд з етиловим метилового спирту, лігніну, будівельного гіпсу, фурфуролу, рідкої вуглекислоти та кормових дріжджів.

Така комплексна переробка пов’язана не тільки з необхідністю підвищення рентабельності виробництва, але й з потребою зниження вмісту органічної частини барди і зменшення тим самим потужності очисних споруд.

Для очищення загальних стічних вод гідролізний завод повинен

мати потужні очисні споруди повної біологічної очистки, які займають

великі площі. За відсутності виробничих кормових дріжджів потужності очисних споруд мають бути збільшені у 3-4 рази. З економічної точки зору, суто гідролізно-спиртові заводи існувати не можуть. Вони повинні мати цехи кормових дріжджів. До складу гідролізного спиртоводріжджового заводу входить цех з виробництва фурфуролу, який утворюється з пентазанів на стадії гідролізу сировини. Конденсати, які містять до 0,2-0,4% фурфуролу, не можуть бути скинуті на очисні споруди й тому повинні звільнюватися від нього

(додаток 2).

Метод комплексної переробки рослинної сировини, який було розглянуто вище, грунтується на практично повному гідролізі поліцукрів. Лігнін при цьому залишається у вигляді нерозчинного осаду. На відміну від наведеного методу, переробка рослинної сировини ялинових порід деревини на сульфітну целюлозу, етиловий спирт, кормові дріжджі передбачає гідроліз тільки поліцукридів геміцелюлоз. Лігнін при цьому переходить у розчинний стан (додаток 3).

 

Целюлоза набула широкого використання у виробництві паперу,

віскозного шовку, кіноплівки тощо. Як реагент для вилучення целюлози використовують сульфітну варочну кислоту при температурі 130-140°С. Ця кислота – водний розчин сірчистого газу, до якого введено СаО. Після закінчення варки розчин, до якого перейшли розчинені речовини, відокремлюють від целюлози й у вигляді сульфітного лугу спрямовують на бродіння. Спирт, який отримано таким способом, має назву сульфітний.

Виробництво гідролізного й сульфітного технічного спиртів та обов’язкової супутньої продукції характеризується великими ресурсо-

та енергетичними витратами.

Енергоємність усього комплексу продукції при виробництві 1 млн.

дал гідролізного спирту в 7,9 раза більша, ніж при виробництві спирту з

меляси, у тому числі власне спирту – в 8,3 раза.

Матеріалоємність за іншими ресурсами вища в 3,5 раза, а cпоживання технологічної води відповідно у 4 рази. Складність технологічного обладнання сульфітно-гідролізного виробництва унеможливлює використання безперервно діючих процесів на більшості виробничих дільниць. Тому за обмеженої потужності завод з виробництва гідролізного спирту є досить

масштабним підприємством, яке насичене великогабаритним хімічним обладнанням.

Етанол технічний можна отримати шляхом органічного синтезу з

ненасиченого вуглеводню нафти – етилену.

Безпосереднє гідрування етилену в етиловий спирт відбувається в

присутності каталізатора, за надлишкового тиску та підвищеної температури.

Для гідрування може бути використана водяна пара або вода.

Найбільш поширеним є парофазний процес, під час якого суміш етилену і водяної пари пропускається крізь твердий каталізатор, а спирт, що утворюється при цьому, вилучається з контактних газів шляхом конденсації:

СН₂ = СН₂ (газ) + Н₂ О (пара) → СН₃ СН₂ ОН (пара).

У разі парофазного процесу значна кількість теплоти витрачається

на випаровування води та перегрів водяних парів.

Для зменшення енергоємності процесу запропоновано другий

варіант гідрування етилену водою в рідинному стані:

СН₂ = СН₂ (газ) + Н₂ О (рідина) → СН₃ СН₂ ОН (рідина).

Як каталізатор цього процесу використовують відновлені окиси

вольфраму, що нанесені на силікагель. Масова частка вольфраму в

каталізаторі становить близько 20%. Процес відбувається за

температури 250-300°С та тиску 30 МПа (1 Мега Паскаль – (одиниця

тиску) дорівнює 10 атмосфер). Етилен і вода надходить у верхню

частину реактора, з нижньої частини якого відбирається розчин спирту

об’ємною часткою 20 відсотків.

Третій варіант процесу прямого гідрування етилену базується на

пропусканні його суміші з водяною парою крізь розбавлену сірчану

кислоту при 300°С та тиску понад 10 МПа. Завдяки високому тиску

етиловий спирт отримують у рідинному стані. З реактора безперервно

відводять частину кислого розчину, з якого відганяють спирт, а кислоту

повертають у виробничий цикл.

При парофазному процесі ступінь конверсії етилену під час гідратації за один прохід крізь каталізатор, а також швидкість цього процесу залежить від активності каталізатора, температури й тиску в реакторі, об’ємної швидкості газів, молярного співвідношення водяної пар та етилену в суміші. Ступінь конверсії етилену за один прохід крізь реактор не перевищує 4-5 відсотків. Підвищення ступеня використання етилену до 95% досягається шляхом багаторазової рециркуляції етилену, що не прореагував.

Другий спосіб отримання етилового спирту гідруванням етилену,

на відміну від прямого гідрування, передбачає проміжне утворення етил сульфатів. При цьому способі можливо використовувати гази з невеликою масовою часткою етилену – 30-40 відсотків. Це дозволяє значно спростити схему попереднього розділення вуглеводнів природного газу. Так, під час розділення продуктів гідролізу етанпропанової фракції етилен можна не відокремлювати від етану, а спрямовувати на гідроліз суміші цих газів.

За цим способом може бути використана база попереднього концентрування, етиленова фракція коксового газу і таке інше. Незважаючи на видиму простоту, виробництво синтетичного етилового спирту є дуже складним хімічним процесом, він передбачає велику кількість складного технологічного обладнання, яке працює при високих тисках і температурах. Для цього виробництва необхідна органічна сировина. Тому в індустріально розвинених країнах значна кількість етилового спирту на технічні потреби виробляється з вуглеводовмісної сільськогосподарської сировини: зерна, меляси, дифузійного соку цукрових заводів. Використання низькоякісної,

дефектної, а в деяких випадках спеціально культивованої сільськогосподарської сировини для виробництва етанолу сприяє більш

стабільному розвитку сільського господарства. Це стосується, насамперед, країн, які мають надлишки сільськогосподарської сировини або потребують стимуляції її виробництва.