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目前油品的工业脱硫普遍使用的脱硫方法是加氢脱硫,但即使在苛刻的加氢条件下,二苯并噻吩及其烷基衍生物,尤其是4,6-二甲基二苯并噻吩仍有相当部分存在于油品中。因此,二苯并噻吩类硫化合物的存在,是生产清洁燃料的最大障碍之一,被认为是油品中加氢脱硫最难脱除的有机硫化合物。寻找一种操作简单、投资少、脱硫效率高的成品油深度脱硫方法成为科研工作者致力研究的主要课题。生物技术为石油产品深度脱硫技术的发展和应用提供了广阔的空间。生物脱硫主要是利用某些特殊菌种对燃料油中含硫化合物有转化、降解作用,使存在于油品中的含硫化合物转化、分解为不含硫物质,或参与细胞的生物合成。由于生物脱硫是一个复杂的多相反应体系,菌种的选择性、稳定性、活性和寿命以及反应器传质效率等因素,对生物脱硫效率影响很大,是生物脱硫技术能否实现大规模工业化应用的主要影响因素。 本研究从脱硫菌种的选择性、遗传稳定性、代谢硫化合物特性等方面对真菌脱除油品中的有机硫进行了多方面实验研究。 首先,从天津大港油田被原油污染的土壤中驯化、分离出对二苯并噻吩具有一定脱除能力枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis Subsp.)和烟曲霉(Aspergillus fumigatus Fresen.)。依靠这种自然选育的菌株,其脱硫效率等方面不能满足需要。实验中使用紫外线诱发脱硫枯草芽孢杆菌基因突变,获得了脱硫效率较高的正突变脱硫枯草芽孢杆菌。以该正突变菌株和脱硫烟曲霉为双亲本进行原生质体跨界融合育种,获得了具有双亲本特征、遗传稳定、对硫化合物选择性宽的跨界融合脱硫真菌。 脱硫真菌在pH6,25～35℃的温度和5～15 g·L-1的NaCl浓度范围内生长状况较好;25～30℃温度范围内形成菌丝体,呈沉淀式生长,35～40℃呈比较均匀的悬浮生长;可以耐受pH的范围是3～11,可以耐受NaCl25 g·L-1形成的渗透压,具有良好的环境适应能力。 其次,在利用脱硫真菌进行生物脱硫时,选择葡萄糖作为外加碳源,油水体积比为1∶5,20%的生物接种量,有机硫化合物的初始浓度低于400μg·mL-1范围,脱硫真菌的脱硫活性较高。脱硫真菌代谢二苯并噻吩专一代谢C-S的终产物是2-羟基联苯,随着二苯并噻吩的减少,2-羟基联苯逐渐增多,并且与脱硫真菌的生长呈部分相关,二苯并噻吩中的硫参与了脱硫真菌的生物合成,其脱硫途径与已报道的红球菌代谢二苯并噻吩相似。本研究获得的脱硫真菌代谢二苯并噻吩的动力学方程,进一步证明该脱硫真菌的脱硫活性较强,尤其是对低浓度的二苯并噻吩脱硫效果显著;该脱硫真菌代谢二苯并噻吩的同时,还能同时脱除其它有机硫化合物,尤其是4,6-二甲基二苯并噻吩。该脱硫真菌的获得具有一定的理论意义及实际意义。 最后,探索了脱硫真菌对多种复杂混合硫化物的代谢规律。分别获得了针对细胞总的生长情况,某一具体硫化合物的动力学方程。初步说明脱硫真菌在同时代谢多种复杂有机硫化合物时,对其亲和力小于对单一硫化合物。同时,研究了脱硫真菌对实际油品中硫的脱除情况。利用发酵设备,进行了脱硫真菌间歇发酵脱硫和循环发酵脱硫实验。脱硫真菌对原油、不同馏程的催化裂化柴油、渣油加氢生成油、加氢精制柴油、常减压汽油及93#汽油和0#柴油中的硫,均有一定的脱除效果。对含硫量低于200μg·mL-1的油品脱硫效果显著,48 h脱硫率98%以上。对0#柴油脱硫96 h脱硫率78.14%。脱硫真菌对0#柴油的循环脱硫效果显著,96 h脱硫率90.43%。同时,实验中使用的油品未作任何处理,其所含的硫化合物成分复杂,进一步确定脱硫真菌环境耐受能力强,可以直接应用于油品的生物脱硫,尤其是对油品的深度脱硫有一定的实际应用价值。 相信随着对微生物育种方法的改进、育种速度的提高,生物脱硫动力学规律的深入研究及生物反应器的进一步优化,生物脱硫技术的应用将具有非常广阔的前景。