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石油产品行业应用脱硫技术的可能性分析

发布日期:2019-02-23 12:28点击:

生物脱硫过程石油产品的BDS是一个复杂的多相反应,底物在水中的溶解度极小,底物的降解速率不仅受生化反应限制还受传质限制;其传质过程包含底物和产物在有机相、水相及微生物细胞的扩散和传递;还涉及到氧气在液相和微生物细胞中的扩散和传递。生物脱硫要实现工业化应用,需要对微生物的反应程度、反应动力学、过程控制及生物反应器等进行深入的研究。

生物反应器生物反应器是生物脱硫反应进行的主要场所,生物反应器设计计算的基本原理类似于一般的化学反应器,但是由于生物催化剂不同于普通的化学催化剂,且其动力学模型比一般化学反应更加复杂,更加非线性化,从而使生物反应器的设计难度加大。目前研究较多的主要有机械搅拌式反应器、气升式反应器、流化床反应器、固定床反应器和膜反应器等。由于硫化合物存在于油相,而生物催化剂存在于水相且多数为需氧生物,所以需要使水相的生物催化剂与含有机硫化合物的油相很好的接触混合,设计和使用多相反应器需要考虑以下主要因素:①液/液相间和气/液相间具有足够好的传质效果;②能实现连续操作,具有高的处理能力;③投资、操作费用低廉;④生物催化剂能够再生等。目前常用的是搅拌式反应器和气升式反应器。

机械搅拌式反应器操作简单,在许多化学工艺和生物工艺过程中得到广泛使用。机械1搅拌式反应器依靠外部输入的能量实现混合,所需能耗与反应体系的油水比、液体的粘度、密度、反应器的体积和搅拌速度等有关。通常这种搅拌反应器产生直径100~300μm的液滴,能耗为1~6W/L,如果形成直径50μm的液滴,能耗大约25W/L,并且反应器内无进行催化剂再生和乳化剂破乳的空间;故反应器内平均体积反应速率不高,传质效率不高。

生物脱硫技术存在的主要问题和发展方向BDS方法中微生物和它们的酶发生催化特效反应来释放硫而不消耗烃,具有投资费用低,运行费用低,可在常温常压下运行,不需加氢等优点。目前许多炼厂都设有HDS装置,利用原有装置组成加氢生物联合脱硫装置是生产低硫燃料的可行途径。但是BDS工业化还存在一些问题,主要有①化石燃料中的硫化合物种类多,结构复杂,生物催化剂分解代谢某些特种含硫有机物的效果很好,但对其他一些硫化合物脱硫效果较差。所以,继续探索脱硫范围广、选择性宽的生物催化剂是研究的方向之一;②能脱除有机硫的细菌在自然界极少,多经过变异处理,因此保持菌种的遗传稳定性非常重要;③生物脱硫反应的速率和生物催化剂在运行过程中的稳定性影响脱硫效果。通过基因工程提高细菌或酶稳定性,通过反应器设计和反应条件的优化来提高反应速率是研究方向之一。如果能在这些方面继续改善该技术,BDS的应用将具有非常广阔的前景。