一種石油脫硫脫氮的生物技術(shù)及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物技術(shù)及環(huán)境微生物領(lǐng)域，具體涉及一種石油脫硫脫氮的生物技術(shù) 及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 石油產(chǎn)品中存在硫、氮化合物，應(yīng)用含有硫、氮化合物本產(chǎn)品，會對環(huán)境造成污染， 對設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。因此，脫硫、脫氮技術(shù)是石化工業(yè)及環(huán)境保護的重要研究課題。
[0003] 石油及其產(chǎn)品深度脫硫是我國乃至全世界石油化工領(lǐng)域在新世紀面臨的重要課 題。石油中的硫主要以硫醇、硫醚、噻吩、苯并噻吩(BT)及他們的烷基取代物和衍生物等有 機硫化物的形式存在，這些化合物在燃燒時產(chǎn)生大量的硫氰化物，帶來多種危害。其中最為 嚴重的是燃燒所產(chǎn)生的S02和S03極易與大氣中的水蒸氣化合形成酸雨，造成嚴重的污染， 破壞生態(tài)平衡，危害人體健康(MonticelloDJ.desulfurizationoffossilfuels.Ann RevMicrobiol.1985,39:371~389)。
[0004] 加氫脫硫技術(shù)(HDS)雖然能夠脫除一部分原油中的硫元素，但是隨著硫含量標準 的一再降低，該技術(shù)已經(jīng)不能有效滿足煉油需要。一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機硫化物難以用HDS法 脫除，而且HDS法需要高溫高壓，對設(shè)備要求高，高能耗、高費用的特點也呼喚另一種有效方 法的出現(xiàn)。近年來，隨著生物技術(shù)脫硫越來越為人民所關(guān)注。生物催化脫硫(BDS)是一種在 常溫常壓下利用需氧、厭氧菌除去石油含硫雜環(huán)化合物中結(jié)合硫的一種新技術(shù)，其利用微 生物特有的酶以生化裂解的方式將化石燃料中硫除去，是在常溫常壓和不需要氫氣的條件 下進行，能專一性切斷碳硫鍵而使化石燃料中的硫以硫酸鹽的形式釋放出來，其目的是利 用自然界存在的微生物脫除硫而不破壞有機燃料價值的烴類。在細菌中的酶可以有選擇性 地氧化硫，進而斷開C-S鍵，經(jīng)過需氧、厭氧菌分離的含硫化合物，其烴類母體的燃燒性能并 不受到影響。其特點是工藝成本低，能耗省，流程簡單，反應(yīng)條件溫和，環(huán)境清潔，符合生態(tài) 環(huán)境友好的發(fā)展趨勢。BDS技術(shù)從出現(xiàn)至今已發(fā)展了幾十年，目前為止仍處于開發(fā)研究階 段。生物催化脫硫技術(shù)為石油中有機硫組分的去除，開辟了一條新的途徑。
[0005] 石油中氮含量一般比硫含量低，質(zhì)量分數(shù)通常在0.05%~0.5%范圍內(nèi)，僅有少數(shù)原 油的氮含量分數(shù)超過〇. 6%。我國原油中氮含量偏高，且大多數(shù)原油的渣油中濃集了約90%的 氮，因此加工我國原油時，對原油中的氮含量應(yīng)倍加關(guān)注。有研究表明，天然存在的氮可以 是柴油抗磨的有效成分，但也能成為潤滑油氧化安定性的不利因素;某些合成含氮化合物 則是改善潤滑油產(chǎn)品性能的優(yōu)良添加劑。從環(huán)境安全的角度上考慮，一些堿性含氮化合物 是有毒的，比如含氮雜環(huán)化合物及芳胺疑為致癌物。中性含氮化合物毒性小于堿性氮化物， 但一些二苯并咔唑類物質(zhì)也表現(xiàn)致癌活性。因此，脫除石油中的氮顯得尤為重要，而傳統(tǒng)生 物脫氮技術(shù)存在各種各樣的不可忽視的缺點：成本高、操作難度大、脫除底物種類有限、脫 除效果不顯著，并且已有的相關(guān)脫氮微生物的研究報道幾乎全為常溫微生物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的一個目的是公開了一種混合微生物菌劑，其特征在于該微生物菌劑是由 四種菌株經(jīng)活化后按體積份數(shù)比1:1:1:1混合而成;這四種菌株為:熱熱葡糖苷地芽孢桿菌 w_l(Geobacillusthermoglucosidasius)，該菌株保藏在中國微生物菌種保藏委員會普通 微生物中心，其保藏號為CGMCCNo.11780)和古地分支桿菌(Mycobacteriumgoodiisp·)， 該菌株購買自美國菌種保藏中心，其保藏號為ATCCNo. 700504)、新阿波羅棲熱袍菌NS-E [DSM4359](Thermotoganeapolitana，該菌株購買自美國菌種保藏中心，其保藏號為 八1'(^1^〇.49049)、小型嗜熱嗜油桿菌(1'1161'1]1〇16(^11；[111111111；[11111：11111，該菌株購買自美國菌 種保藏中心，其保藏號為ATCCNo. 35268)。
[0007]其中混合微生物菌劑制備方法為：將熱葡糖苷地芽孢桿菌w-1(Geobacillus thermoglucosidasius)和古地分支桿菌(Mycobacteriumgoodiisp·)、新阿波羅棲熱袍菌 NS_E[DSM4359](Thermotoganeapolitana)、小型嗜熱嗜油桿菌（Thermoleophilum minutum)分別按1:1000(v/v)接種至經(jīng)高壓滅菌的培養(yǎng)液中，60°C，150rpm禍旋攪拌，密閉 (通氧)培養(yǎng)18小時，得到的菌液按體積份數(shù)比1:1:1:1混合。本發(fā)明進一步公開了采用微生 物菌劑處理不同油品以除去其中所含硫和氮的方法，其特征在于： (1) 將混合微生物菌劑按1:l〇〇〇(v/v)接種至經(jīng)高壓滅菌的培養(yǎng)液中，60°C，150rpm渦 旋攪拌，密閉(通氧)培養(yǎng)18小時，得到活化的混合微生物菌劑； (2) 按重量百分比，將活化后的5%混合微生物菌劑、不同比例的柴油（油渣）和余量的 無機鹽溶液(含濃度為1%的蔗糖)混合，60°C及大于50rpm渦旋攪拌，密閉反應(yīng)24小時； (3) 反應(yīng)完成后去除菌液，純凈水60°C、150rpm渦旋攪拌清洗至無明顯雜質(zhì)，收集處理 后的柴油即為低硫低氮柴油（油漿）。其中的培養(yǎng)液為：蛋白胨1.6%;酵母膏1%;氯化鈉 0.5%;水余量。所述無機鹽溶液的原料組成及重量百分比為:NH4CI0.1%;Na2HP〇4· 12H20 0.106%；NaH2P〇4 · 2H20 0.023%；KC1 0.04%；MgCl· 6H20 0.0092%；FeS04 · 7H20 0.000278%；MnCl2 · 4H20 0.000198%；C〇S04· 7H20 0.000281%；CaCl2· 2H20 0.000147%;CuC12.2H2〇 0.000017%;ZnS04*7H20 0.000029%;水余量。
[0008] (4)用WK-2D型微庫倫儀分別檢測未經(jīng)w-l菌種處理的和經(jīng)w-l菌種處理過油品中 總硫量、總氮量。
[0009]本發(fā)明更進一步公開了混合微生物菌劑在制備脫除不同石油類含硫、含氮有機化 合物中的硫、氮元素方面的應(yīng)用。典型的能夠有效脫除不同石油類含硫有機化合物中的硫 元素。不同石油類含硫含氮化合物包括但不限于柴油，油渣。
[0010] 本發(fā)明公開的混合微生物菌劑的優(yōu)點及有益效果： 利用微生物去除石油、煤炭等化石燃料中的硫和氮一直是研究者關(guān)注的焦點，獲取高 效的同時脫硫脫氮菌株是生物法同時脫硫脫氮的難點。目前，已有的相關(guān)同時脫硫脫氮微 生物的研究報道較少并均為常溫微生物。本發(fā)明公開的微生物菌劑易于繁殖，培養(yǎng)條件簡 單，耐高溫，具有很好的熱穩(wěn)定性能，可以在發(fā)酵等需要熱穩(wěn)定酶條件的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用； 本發(fā)明公開的對石油脫硫脫氮的生物方法流程簡單、成本低、周期短，便于實施，易于推廣， 能夠在高溫環(huán)境下同時有效脫除石油中含硫(氮)化合物中硫(氮），對于石化產(chǎn)業(yè)及環(huán)境保 護方面具有重大意義，有廣闊的應(yīng)用前景。
[0011]
【具體實施方式】
[0012] 為了更充分的解釋本發(fā)明的實施，下面通過實施例對本發(fā)明做進一步描述。這些 實施實例僅僅是解釋、而不是限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明所用到的試劑均由市售;其中： 熱葡糖苷地芽孢桿菌w_l(Geobacillus thermoglucosidasius)，該菌株保藏在中國微 生物菌種保藏委員會普通微生物中心，其保藏號為CGMCCNo.11780)，保藏時間為2015年12 月4日。
[0013] 古地分支桿菌(Mycobacterium goodii sp·)，該菌株購買自美國菌種保藏中心， 其保藏號為ATCCNo.700504)，購買時間為2011年11月12日。
[0014] 新阿波羅棲熱袍菌NS-E [DSM 4359] (Thermotoga neapolitana，該菌株購買自 美國菌種保藏中心，其保藏號為ATCC No.49049)，購買時間為2013年5月18日。
[0015] 小型嗜熱嗜油桿菌（Thermoleophilumminutum，該菌株購買自美國菌種保藏中 心，其保藏號為ATCCNo.35268)，購買時間為2013年5月18日。
[0016] 實施例1 混合微生物菌劑的制備：將熱葡糖苷地芽孢桿菌W- 1 (Ge〇baci1 1us thermoglucosidasius)，該菌株保藏在中國微生物菌種保藏委員會普通微生物中心，其保 藏號為CGMCCNo. 11780和古地分支桿菌(Mycobacteriumgoodiisp·，該菌株購買自美國 菌種保藏中心，其保藏號為ATCCNo.700504)、新阿波羅棲熱袍菌NS-E[DSM4359] (Thermotoganeapolitana，該菌株購買自美國菌種保藏中心，其保藏號為ATCC No·49049)、小型嗜熱嗜油桿菌（Thermoleophilumminutum，該菌株購買自美國菌種保藏 中心，其保藏號為ATCC如.35268)分別按1:1000(￥八)接種至經(jīng)高壓滅菌的培養(yǎng)液中，60°〇 及150rpm渦旋攪拌，密閉(通氧)培養(yǎng)18小時，得到的菌液按體積份數(shù)比1:1:1:1混合。其中 的培養(yǎng)液為:蛋白胨1.6%;酵母膏1%;氯化鈉0.5%;水余量。
[0017] 實施例2 混合微生物菌劑的活化及擴大培養(yǎng):將微生物混合菌劑按1:l〇〇〇(v/V)接種至經(jīng)高壓 滅菌的培養(yǎng)液中，50°C，150rpm渦旋攪拌，密閉(通氧)培養(yǎng)18小時，得到混合微生物菌劑。培 養(yǎng)液為:無機鹽培養(yǎng)基+終濃度為1%蔗糖溶液。
[0018] 實施例3 (1) 按重量百分比，將活化后的5%混合微生物菌劑、45%高硫柴油和余量的無機鹽溶液 混合，60°C及大于50rpm渦旋攪拌，密閉反應(yīng)24小時； (2) 反應(yīng)完成后去除菌液，純凈水60°C、150rpm渦旋攪拌清洗至無明顯雜質(zhì)，收集處理 后的柴油即為低硫低氮柴油①號，具體見表1。
[0019] 實施例4 (1) 按重量百分比，將活化后的5%混合微生物菌劑、55%高硫柴油和余量的無機鹽溶液 混合，60°C及大于50rpm