氣升式反應(yīng)器中模擬燃料油的生物脫硫特性研究.pdf

1、石油是當(dāng)今世界的主要能源之一，全球每天約消耗1000多萬噸的原油，這些燃料油燃燒后產(chǎn)生的SO2是形成酸霧、酸雨等環(huán)境污染的重要原因。低含硫礦物燃料的稀缺、高品質(zhì)清潔燃料油的需求和日益嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)迫切需要開發(fā)燃燒前深度脫硫技術(shù)。加氫技術(shù)是目前的主要脫硫法，然而其在操作成本和深度脫硫方面的不足制約著脫硫技術(shù)的發(fā)展。生物脫硫具有反應(yīng)條件溫和、專一性強(qiáng)、不影響油品熱值等優(yōu)點(diǎn)，已成為加氫脫硫工藝較好的補(bǔ)充，隨著世界范圍內(nèi)對油品含硫標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格

2、，作為深度脫硫技術(shù)的生物脫硫受到越來越多的關(guān)注。 本研究利用實(shí)驗(yàn)室自主分離的脫硫菌株分支桿菌ZD-19，以促進(jìn)生物脫硫的工業(yè)應(yīng)用為目標(biāo)進(jìn)行研究。課題前期研究證明ZD-19可以沿4S途徑降解二苯并噻吩(DBT)和4，6二甲基二苯并噻吩(4，6DMDBT)，并且具有較高的去除效率。為了進(jìn)一步考察ZD-19的脫硫底物范圍，本論文就ZD-19對4甲基二苯并噻吩(4MDBT)的脫硫特性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明ZD-19也能專一性的切斷4MD

3、BT的C-S鍵，且由于4MDBT獨(dú)特的不對稱結(jié)構(gòu)，代謝過程中羥基取代位置發(fā)生變化，所得產(chǎn)物為兩個(gè)同分異構(gòu)體：4甲基2苯基苯酚和2羥基3甲基聯(lián)苯。研究還證實(shí)ZD-19并不能有效降解苯并噻吩(BT)。本部分實(shí)驗(yàn)表明ZD-19是一株對DBT及其衍生物有較高去除效率的優(yōu)勢菌種。 微生物能夠在油相中作用是BDS應(yīng)用于實(shí)際油品脫硫的關(guān)鍵。搖瓶實(shí)驗(yàn)中，ZD-19在油水兩相體系中具有較高的脫硫活性，反應(yīng)10h，1mmol/LDBT的降解效率達(dá)

4、到78.5％；其最佳脫硫活性是水相中的2倍，且兩相體系促進(jìn)了傳質(zhì)，提高了細(xì)胞的利用效率，較高菌液濃度時(shí)沒有出現(xiàn)抑制現(xiàn)象，具有比水相實(shí)驗(yàn)較高的脫硫活性。與搖床實(shí)驗(yàn)比較，氣升式反應(yīng)器獨(dú)特的流體力學(xué)特征更加利于兩相混合和傳質(zhì)，在生長細(xì)胞脫硫和休止細(xì)胞脫硫?qū)嶒?yàn)中都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。反應(yīng)器內(nèi)ZD-19達(dá)到指數(shù)生長后期時(shí)細(xì)胞最大比生長速率和細(xì)胞濃度為0.15g/(L·h)和8.1g/L，分別是搖床實(shí)驗(yàn)1.4倍和2.3倍。ZD-19在油水兩相實(shí)驗(yàn)中表

5、現(xiàn)出較高的脫硫活性，具有應(yīng)用于油品脫硫的潛力。 目前BDS研究還局限于搖瓶實(shí)驗(yàn)，生物脫硫反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與研究具有重要意義。本研究在自行設(shè)計(jì)的氣升式反應(yīng)器中生物降解正十六烷中的DBT，對氣升式反應(yīng)器的基本工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。在實(shí)驗(yàn)所選的條件下，最佳表觀速率為11.8cm/s。表觀速率達(dá)到13.0cm/s時(shí)，出現(xiàn)輕微柱塞流現(xiàn)象，液滴直徑增大，傳質(zhì)效果開始降低。反應(yīng)器中ZD-19休止細(xì)胞在生長介質(zhì)(培養(yǎng)基)和非生長介質(zhì)(磷酸緩沖溶液)中

6、具有幾乎相同的脫硫活性；過低的菌液濃度下不僅兩相界面小，傳質(zhì)速率低，也使DBT對細(xì)胞的毒性作用明顯，脫硫效率很差，實(shí)驗(yàn)條件下10-40g/L的菌液濃度都具有較好的比脫硫速率；增加DBT初始濃度，脫硫量略有增加，直至高DBT的致毒作用使菌液脫硫活性降低，此時(shí)傳質(zhì)速率較高，體系屬于反應(yīng)控制。 在氣升式反應(yīng)器內(nèi)，立足于考察ZD-19在模擬燃料油體系中的脫硫特性，實(shí)驗(yàn)以柴油中含量較多的有機(jī)硫化合物DBT、4MDBT和4,6DMDBT為