石油生物脫硫技術(shù)研究

孫曉琳

【摘 要】 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)。該技術(shù)不僅能夠顯著降低輕質(zhì)油品的生產(chǎn)成本，并且還能有效提高油品的質(zhì)量，除此之外，生物脫硫技術(shù)在環(huán)境保護(hù)和節(jié)能降耗方面也顯示出很大的潛力。本文通過對生物催化石油脫硫技術(shù)的主要特點、降解原理和基本研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，對石油生物脫硫技術(shù)進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】 石油 生物脫硫 節(jié)能降耗 技術(shù)研究

1 前言

隨著最近幾年來我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會對石油的需求越來越多，這在很大程度上帶動了我國石油化工業(yè)的發(fā)展。石油產(chǎn)品中存在部分硫化物，這部分雜質(zhì)不僅會嚴(yán)重影響石油的品質(zhì)，還可能對煉廠設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕作用。所以，人們對石油煉制程序中的脫硫問題十分重視，目前已經(jīng)成為石油行業(yè)的重要攻關(guān)課題。本文通過對生物催化石油脫硫技術(shù)的主要特點、降解原理和基本研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，對石油生物脫硫技術(shù)進(jìn)行了研究。

2 石油脫硫技術(shù)的研究

2.1 石油中硫的存在形式

世界上可開發(fā)的含硫較低的原油逐漸減少，因此石油企業(yè)不得不提高對石油脫硫技術(shù)的研究。石油中的含硫化合物的分析研究也越來越多。目前已知的主要石油含硫化合物包括四種。而石油硫醇中的碳含量較低，一般不會超過8個，因此加工過程中只要保證溫度高于200℃就可以去除。而硫醚主要分布在沸點200℃以上的燃料油和柴油中。在較重的餾分中，芳基硫醚的含量比較少。高含硫原油中，苯并和二苯并噻吩硫化合物的含量最高，另一個比較常見的衍生物是2-甲基苯并噻吩。傳統(tǒng)的加氫脫硫技術(shù)無法很好的去除苯并噻吩類的硫化合物。

2.2 生物催化脫硫技術(shù)

生物催化脫硫技術(shù)（BDS）是一項以生物工程技術(shù)為基礎(chǔ)的新型技術(shù)，該技術(shù)主要通過生物生物體內(nèi)的各種催化酶對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)過油水分離實現(xiàn)脫硫的目的。

自然條件下，石油企業(yè)廢水和焦油污染土壤中的部分硫會出現(xiàn)生物降解，這主要是由自然界中的細(xì)菌造成的，例如硫化亞鐵硫桿菌，它能夠?qū)o機(jī)硫進(jìn)行降解，提取硫化合物降解時的能力進(jìn)行自身的新陳代謝。但是，自然界這種細(xì)菌較少，大部分需要人工的培養(yǎng)。人工培養(yǎng)過程中通過改變細(xì)菌生存的環(huán)境，例如pH值、金屬離子類型、溫度和培養(yǎng)基濃度等，促使細(xì)菌的性質(zhì)和酶活性出現(xiàn)變化，這樣就能夠?qū)е录?xì)菌出現(xiàn)變異體。細(xì)菌經(jīng)過了一定的變異，能夠具有超強(qiáng)的脫硫能力。

2.3 生物催化脫硫技術(shù)的基本原理

生物脫硫技術(shù)是指在化學(xué)反應(yīng)中，通過細(xì)菌酶的催化反應(yīng)來提取硫。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4個步驟的氧化過程，并最終以SO2-4的形式除去，分解過程中不會對烴產(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，斷開分子中的C-C鏈并脫去3或4個碳，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，但是會損失部分有機(jī)烴。

2.4 石油生物脫硫技術(shù)的發(fā)展

自從誘變混合細(xì)菌培養(yǎng)物，并通過一系列氧化途徑從二苯并噻吩中有選擇的釋放硫群體和玫瑰色紅球菌以來，使用現(xiàn)代化的生物技術(shù)改變細(xì)菌的生物特性，以產(chǎn)出更高活性、更高穩(wěn)定性和更低成本的催化劑取得了快速的發(fā)展。尤其是重組DNA技術(shù)的發(fā)展很大程度上簡化了生物催化劑的提純和生產(chǎn)過程。隨著近幾年生物技術(shù)的快速發(fā)展，使得對有機(jī)體的DNA順序進(jìn)行調(diào)整成為可能，例如調(diào)整改善和控制生物系統(tǒng)，使其迅速提純并且定性酶，進(jìn)而有效的辨認(rèn)和分離此類蛋白酶基因。人們目前已經(jīng)不再需要使用細(xì)菌培養(yǎng)物誘變法生產(chǎn)催化劑，只需要使用核酸探針對生物中制得的DNA中篩選出具有生物催化功能的合適基因，再使用聚合酶反應(yīng)進(jìn)行復(fù)制和編碼，就能夠得到大量的合適生物催化劑。

2.5 生物脫硫技術(shù)的優(yōu)勢

生物催化脫硫技術(shù)與加氫還原脫硫相比，生物催化脫硫具有很多優(yōu)勢。首先，該工藝能夠在低溫、常壓下進(jìn)行，因此不需要氫的參與，從而大大節(jié)省了制氫的費用和催化設(shè)備的費用；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，生物催化脫硫是一項具有節(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。

3 結(jié)語

石油生物脫硫是新世紀(jì)綠色化學(xué)的重要內(nèi)容，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著，最近幾年來，很多國家都在這一領(lǐng)域展開了研究和探討。美國將建成生物脫硫的工業(yè)化裝置，日本也在相關(guān)領(lǐng)域的研究方面提供了巨額的投資。生物脫硫技術(shù)雖然已經(jīng)得到了快速的發(fā)展，但是和大規(guī)模工業(yè)作業(yè)相比，仍然存在一定的差距。因此，提高生物脫硫技術(shù)在實際工程中的穩(wěn)定性和脫硫活性，是石油脫硫?qū)＜颐媾R的重要問題，這需要更多企業(yè)的關(guān)注以及更多資金和技術(shù)的支持。我國的生物脫硫技術(shù)起步較晚，和發(fā)達(dá)國家相比還有很大的差距。但是，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和研究隊伍的迅速壯大，我國的石油脫硫節(jié)能降耗技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化必將實現(xiàn)。

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