石油生物脫硫技術(shù)的工業(yè)化

摘 要：隨著原油質(zhì)量的降低和環(huán)境保護(hù)壓力的增加，石油脫硫工藝的工業(yè)化要求越來(lái)越高。其中，生物脫硫技術(shù)是一項(xiàng)新興的石油脫硫工藝。該工藝具有高靈活性、不需要高溫高壓、不耗氫氣、成本低、廢物排放少的特點(diǎn)，在石油工業(yè)發(fā)展和環(huán)保方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。該文從石油生物脫硫技術(shù)的基本原理出發(fā)，對(duì)生物脫硫技術(shù)的工業(yè)化發(fā)展進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：石油脫硫 生物脫硫 工業(yè)化 節(jié)能降耗

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ113.26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（b）-0039-01

隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，生物催化脫硫成為一種新興的但是極具潛力的石油脫硫技術(shù)。最近幾年來(lái)，各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求逐漸提高，我國(guó)也從2005年開(kāi)始實(shí)施歐三汽車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中要求汽油中的硫含量下降到0.015%，這也從客觀上激發(fā)了石油脫硫技術(shù)的快速發(fā)展。在眾多石油脫硫技術(shù)的研究中，生物催化脫硫是國(guó)內(nèi)外正在開(kāi)發(fā)的一種新型脫硫技術(shù)。本文通過(guò)對(duì)生物催化石油脫硫技術(shù)的基本原理和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，對(duì)石油生物催化技術(shù)的工業(yè)化發(fā)展進(jìn)行了探討。

1 生物脫硫技術(shù)簡(jiǎn)介

生物催化脫硫技術(shù)（BDS）是一項(xiàng)以生物工程技術(shù)為基礎(chǔ)的新型技術(shù)，該技術(shù)主要通過(guò)生物生物體內(nèi)的各種催化酶對(duì)石油中的含硫組份形成氧化和催化作用，進(jìn)而使其轉(zhuǎn)換為水溶性化合物，然后就可以經(jīng)過(guò)油水分離實(shí)現(xiàn)脫硫的目的。這種方式首先要混合培養(yǎng)能夠?qū)α蚧衔镏蠧-S鍵產(chǎn)生分解作用的多種細(xì)菌，然后化學(xué)誘變，使其能夠選擇性斷裂二苯并噻吩中的C-S鍵，進(jìn)而提取出硫的培養(yǎng)物。

生物脫硫技術(shù)的有效性就是使用二苯并噻吩為模型進(jìn)行表征的。該模型的脫硫機(jī)理主要分為兩種：即基于硫代謝的4-S方式和基于碳代謝的Kodama方式。4-S要求二苯并噻吩中存在的硫要經(jīng)過(guò)4個(gè)步驟的氧化過(guò)程，并最終以SO2-4的形式除去，分解過(guò)程中不會(huì)對(duì)烴產(chǎn)生降解；而Kodama中的微生物主要代謝二苯并噻吩中的碳化合物，斷開(kāi)分子中的C-C鏈并脫去3或4個(gè)碳，然后形成較小的有機(jī)硫化合物，這樣的化合物溶于水，因此能夠從石油中去除，但是會(huì)損失部分有機(jī)烴。

傳統(tǒng)的加氫脫硫技術(shù)雖然比較成熟，但是即使添加催化劑，一般條件下的硫化物氫化反應(yīng)仍然較慢。為了加快反應(yīng)的速度，還需要高溫和高氫濃度等條件，這需要設(shè)備滿(mǎn)足耐高壓和耐高溫的條件。因此，加氫脫硫技術(shù)對(duì)設(shè)備的要求的較高，因而增加了企業(yè)投入的成本。除此之外，如果石油化工企業(yè)自身的制氫能力不足，還會(huì)帶來(lái)其他的費(fèi)用。除此之外，加氫脫硫技術(shù)滿(mǎn)足提取純凈的石油產(chǎn)品，由于低于500LgPg的硫化物大部分是噻吩類(lèi)化合物，無(wú)法進(jìn)行加氫還原脫硫反應(yīng)，因此，將油品含硫量降低到500LgPg下非常困難。

與加氫還原脫硫相比，生物催化脫硫具有很多優(yōu)勢(shì)。首先，該工藝能夠在低溫、常壓下進(jìn)行，因此不需要?dú)涞膮⑴c，從而大大節(jié)省了制氫的費(fèi)用和催化設(shè)備的費(fèi)用；另外，生物催化脫硫得到的硫主要以硫酸根離子的形式存在，這種離子具有水溶性，對(duì)企業(yè)施工的環(huán)境保護(hù)具有積極意義；第三，生物催化脫硫能夠有效去除噻吩類(lèi)硫化物，從而保證油品質(zhì)量符合生產(chǎn)的規(guī)定；最后，生物催化脫硫和HDS的催化劑相比，不容易出現(xiàn)重金屬中毒的情況。所以說(shuō)，生物催化脫硫是一項(xiàng)具有節(jié)能環(huán)保特性的石油脫硫技術(shù)，具有廣闊的發(fā)展空間。

2 石油生物脫硫技術(shù)的工業(yè)化

隨著最近幾年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)石油的需求越來(lái)越多，人們對(duì)石油煉制程序中的脫硫問(wèn)題也越來(lái)越重視，而生物催化脫硫是國(guó)內(nèi)外正在開(kāi)發(fā)的一種新型脫硫技術(shù)。生物催化石油脫硫技術(shù)能夠避免脫硫反應(yīng)中的高能源消耗，不僅降低了設(shè)備和原料的成本，還在很大程度上提高了石油產(chǎn)品的脫硫質(zhì)量，因此，早日實(shí)現(xiàn)生物催化石油脫硫技術(shù)的工業(yè)化具有重要的意義。下面我們簡(jiǎn)單介紹生物催化石油脫硫技術(shù)的基本工藝流程。

顯而易見(jiàn)，生物脫硫技術(shù)與HDS技術(shù)相比，優(yōu)勢(shì)十分明顯，能夠在很大程度上起到石油脫硫工藝中的節(jié)能降耗作用。圖1是石油生物脫硫的基本工藝流程。

其中，反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行連續(xù)攪拌，該反應(yīng)器適用于大多數(shù)的脫硫過(guò)程。與傳統(tǒng)的加氫脫硫過(guò)程相比較，生物脫硫不需要高壓和高溫的環(huán)境，只需要常壓和常溫下進(jìn)行即可，除此之外，攪拌釜代替了昂貴的加氫脫硫設(shè)備，而設(shè)備內(nèi)的昂貴的氫氣也換成了普通的空氣。

隨著我國(guó)環(huán)境的不斷惡化，人們的環(huán)保意識(shí)不斷加強(qiáng)。降低溫室氣體排放量，避免溫室效應(yīng)已經(jīng)成為世界各國(guó)的共同訴求，這也客觀上促進(jìn)了生物脫硫技術(shù)的發(fā)展。但是，生物脫硫技術(shù)的工業(yè)化發(fā)展仍然存在很多問(wèn)題，例如提高菌種專(zhuān)一性和催化劑的穩(wěn)定性、研制更高活性的脫硫基因和生物酶等等，說(shuō)明生物脫硫技術(shù)的工業(yè)化道路還需要更多的研究和實(shí)踐。

要擴(kuò)大生物脫硫技術(shù)在石油工業(yè)的應(yīng)用范圍，還需要設(shè)計(jì)更適合脫硫過(guò)程的容器，這樣才能提高油品的脫硫效率和傳質(zhì)能力，目前，生物脫硫技術(shù)的反映容器都是使用空氣噴射、分段傳送以及在低水油比介質(zhì)下進(jìn)行優(yōu)化，這都影響了反應(yīng)器的容積進(jìn)一步增加。并且，提高生物催化劑濃度會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的衍生物——乳化液，所以，催化劑的再生及其后續(xù)過(guò)程的裝置都需要進(jìn)行改進(jìn)。

除此之外，生物脫硫技術(shù)還受到生產(chǎn)地活性菌的處理、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和清潔應(yīng)用等問(wèn)題的限制。這都需要相關(guān)專(zhuān)家的進(jìn)一步實(shí)踐和研究。

3 結(jié)語(yǔ)

在石油生物脫硫技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用中最主要的技術(shù)關(guān)鍵是如何獲得具有更高比活、更高溫度和更廣基質(zhì)范圍的脫硫生物催化劑。雖然隨著研究的深入，催化劑的性能得到了很大程度的提高，但是仍然無(wú)法勝任工業(yè)化的需求。不過(guò)，我們堅(jiān)信，在不久的將來(lái)，我們并能使石油生物脫硫技術(shù)的工業(yè)化成為現(xiàn)實(shí)。

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