المعالجات الحيوية للنفط

للمعالجة توجهين الأول ازالة الهايدروكاربونات، والثاني تحسين نوعية الوقود المنتج. ومن هذه الفعاليات :

ازالة الكبريت : يعد الكبريت من العناصر المهمة الموجودة في النفط وقد تصل نسبته الى 0.5 – 5% ، ويمكن ان يرتفع الى 14% في بعض أنواع النفط الثقيلة. وأغلبه يكون بشكل مركبات عضوية مثل Thiophenes المركزة. وفي عمليات التكرير العادية تستعمل الطرق الكيماوية لا زالته بعملية Hydrodesulphurization وتكون العمليات مكلفة، وبقاء الكبريت في الوقود المكرر يؤدي الى تلوث البيئة وخاصة الجوية نتيجة لتكوين أكاسيد الكبريت وتكون السبب في الأمطار الحامضية خاصة في الدول الصناعية. لذلك اقترحت ازالة الكبريت حيويا Biodesulfurization وذلك بالاعتماد على قابلية الاحياء على مهاجمة الاواصر C-S بدون التأثير على الأواصر C-C وتفكيك مكونات الوقود.

وتوجد أحياء لها القابلية على ازالة الكبريت من مركبات (DBT) Dibenzothiophene دون التأثير على التركيب الحلقي للكاربون، وهذه الاجناس تستعمل المركبات كمصدر وحيد للكبريت والصفة تساعد في عزلها ومنها Rhodococcus erythropolis، وهناك احياء هوائية يمكن ان تزي الكبريت منها سلالات تعود للأجناس Xanthomonas , Gordona , Klebsiella , Mycobacteriun , Nocardia , Agrobacterium والبكتريا المحبة للحرارة Paenibacillus. وتستطيع هذه السلالات وبسلسلة من التفاعلات اطلاق الكبريت اللاعضوي، وتشمل التفاعلات او المسارات اشتراك انزيمات Desulfinases , Monooxygenases , والمركب النهائي العام من المركبات الحاوية على الكبريت هو (HBP) 2- hydroxyl biphenyl والذي يبقى في الطور الزيتي الذي لا يفقد قابليته كوقود. ونظرا لتعرض عمليات ازالة الكبريت الهوائية للانفجار لذلك يتم اللجوء الى العمليات اللاهوائية

وتصل قابلية Rhodococcus الى انتاج HBP بمعدل 1-5 ملغم / غم وزن الخلايا الجاف / ساعة، وهذا يعني تحويل 55 – 75% من المركب DBT الى HBP في مدة ساعة. وقد تم هندسة بعض سلالات البكتريا لزيادة مدى مواد الأساس التي تعمل عليها، كما يمكن زيادة قابلية الاحياء بتغير نسب الزيت الى الماء وذلك بإضافة المشتتات الحيوية.

وتعد عملية تصميم المفاعلات الحيوية من الخطوات الرئيسة لإنجاح العملية وفصل النواتج لذلك تستعمل مخمرات او مفاعلات متعددة المراحل مخلوطة بالهواء Multistage air lift bioreactors لتقليل الكلفة وزيادة نسبة الإزالة.

ومن جهة ثانية يلاحظ ان الفضلات الناتجة من تكرير النفط تحوي على كميات كبيرة من كبريتيد الهيدروجين H₂S واكاسيد Sox سواء في الفضلات السائلة او الغازية. ولذلك يتم معاملة هذه الفضلات بالأحياء المجهرية لإصابة غرضين، الأول التخلص من الملوثات والثاني الحصول على عنصر الكبريت. وتعتمد عملية الحصول على الكبريت من الفضلات الحاوية على كبريتيد الهيدروجين على التفاعل الآتي :

وعملية إزالة الكبريت حيويا تشمل بداية غسل التيار الحاوي على الغاز بمحلول مائي وحدوث التفاعل

وتقوم بعدها البكتريا المؤكسدة للكبريت مثل Thiovibrio و Thioalcalobacteria بتحويل الكبريتيدات الى عنصر الكبريت

بوجود مستقبل لإلكترونات وعند رقم هيدروجيني متعادل ترسب البكتريا الكبريت خارج الخلايا الذي يفصل باستعمال اجهزة خاصة، ويستفاد من الماء في اعادة العملية. وفي المفاعلات الحيوية المسيطر فيها على الارقام الهيدروجينية والحرارة يتم تحويل 96% من كبريتيد الهيدروجين الى عنصر الكبريت.

وتستغل البكتريا اعلاه لاستخلاص الكبريت وكذلك المساعدة في استخلاص النفط، اذ تضخ مياه البحر الحاوية على الكبريتات الى خزانات النفط مما يساعد على نمو البكتريا المختزلة للكبريتات وزيادة انتاج H₂S حيويا ضمن عملية تحميض الخزانات Reservoir souring ، ثم تستعمل البكتريا أعلاه كبريتيد الهيدروجين لانتاج عنصر الكبريت. وهذه العملية مهمة في الصناعات النفطية لان كبريتيد الهيدروجين من المواد الأكالة، كما ان زيادة الكبريت ومركباته في البئر يمكن ان يؤدي الى غلقه.

ويمكن معالجة الكبريت ومركباته في آبار النفط بطرق اخرى وهي إضافة النترات الى الماء الذي يضخ في البئر مما يحفز البكتريا المنافسة وهي المختزلة للنترات وتؤدي الى انتاج النتريت NO₂^- الذي يثبط البكتريا المختزلة للكبريتات (والتي تكون الكبريتيدات المسببة للمشاكل)، ولكن البكتريا المختزلة للكبريتات يمكن ان تتجاوز هذه المشكلة في حالة احتوائها على انزيم اختزال النتريت NO₂^- reductase وتحويله الى آمونيا، ولذا يعد الانزيم عامل المقاومة الذي يحد من عمليات تثبيط اختزال الكبريتات بواسطة النتريت. لذلك لابد من ايجاد عمليات موازنة بين الاحياء لغرض التوصل الى توازن في آبار النفط وانتاج مواد وقود خالية من الكبريت قدر الامكان.

إزالة مركبات النتروجين من النفط

يحوي النفط الخام على مركبات النتروجين تصل الى 0.5 – 2% وهي بشكل رئيس Pyrroles ومركبات Carbazole والاندولات. وأهمها مركبات الكاربازول اذ يعد من المواد المطفرة والمسرطنة وكذلك من المثبطات القوية لعمليات ازالة الكبريت الحيوية، كما انها تساهم في تكوين ملوثات الهواء من اكاسيد النتريك. وتزال المركبات من النفط بالطرق الكيماوية الرطبة تحت درجة حرارة وضغط عاليين.

وتوجد العديد من السلالات يمكنها استهلاك الاندول و Carbazole . Quinoline , Pyridine ومشتقات Alkyl ومنها Serratia , Alcaligenes , Bacillus , Beijerinckia , Burkholderia , Comamonas , Mycobacterium , Xanthomonas , Pseudomonas وتظهر الأحياء تشابها في المسارات التي تسلكها لغرض تحويل المركبات الحلقية، وتلعب انزيمات Oxygenase الدور الاساسي في المراحل الأولى من مهاجمة وتحويل المركبات النتروجينية.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .