用黄素蛋白给化石燃料脱硫的方法技术

本发明专利技术涉及一个新发现，即通过在生物催化剂中添加黄素蛋白可提高化石燃料脱硫反应速率。本发明专利技术涉及提高含有机硫化合物的化石燃料脱硫速率的方法，包括以下步骤：ａ）将化石燃料与含有能够裂解碳－硫键的生物催化剂和能够提高反应速率量的黄素蛋白的水相接触，进而形成化石燃料和水相的混合物；ｂ）将步骤ａ）的混合物保持在用生物催化剂足以裂解有机硫分子中碳－硫键的条件下，进而得到有机硫含量减少的化石燃料；及ｃ）将有机硫含量减少了的化石燃料从所得水相中分离出来。本发明专利技术还涉及含有一或多个重组ＤＮＡ分子的重组微生物，该ＤＮＡ分子给能够将含有机硫分子的化石燃料脱硫的生物催化剂编码，并给黄素蛋白编码。本发明专利技术还涉及含有下列物质的组合物：（ａ）能够将含有机硫分子的化石燃料脱硫的生物催化剂，和（ｂ）黄素蛋白。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的
技术介绍
化石燃料的微生物脱硫方法成为活跃的研究领域已经超过50年。这些研究的目的已经被发展成基于从化石燃料如煤，原油和石油产物中在燃烧前除硫方法的生物技术。促进脱硫方法发展的动力是化石燃料中含硫量的增加和硫排出物控制力度的增加。Monticello等人，“‘石油生物脱硫方法的实际研究’，IGT第三届‘天然气，石油，煤和环境生物技术’方面的国际研讨会”(Monticello et al.，“Practical Consideration in Biodesulfurization ofPetroleum”，IGT’s 3d Intl.Symp.on Gas，Oil，Coal and Env.Biotech.，(Dec.3-5，1990))，New Orleans，LA。许多生物催化剂和方法已被开发用于化石燃料的脱硫，包括下列文献所述的那些美国专利5,356,801、5,358,870、5,358,813、5,198,341、5,132,219、5,344,778、5,104,801、和5,002,888，这些文献均在此引作参考。经济分析表明，对此项技术商业化的一个限制是改进反应率和生物催化剂如脱硫反应所涉及的细菌和酶的特定活性。文献中已经报道的反应率和特定活性(除去的硫/小时/生物催化剂(克))比最优的商业技术所需的要低得多。因此，需要改进生物催化剂的寿命和特定活性。本专利技术概述本专利技术涉及一个新发现，即通过在生物催化剂中添加黄素蛋白可提高化石燃料脱硫反应速率。本专利技术涉及提高含有机硫化合物化石燃料脱硫速率的方法，包括以下步骤a)将化石燃料与含有能够裂解碳-硫键的生物催化剂和能够提高反应速率量的黄素蛋白的水相接触，进而形成化石燃料和水相的混合物；b)将步骤a)的混合物保持在用生物催化剂足以裂解有机硫分子中碳-硫键的条件下，进而得到有机硫含量减少的化石燃料；以及c)将有机硫含量减少了的化石燃料从所得水相中分离出来。本专利技术还涉及含有一或多个重组DNA分子的重组微生物，该DNA分子编码能够将含有机硫分子的化石燃料脱硫的生物催化剂，及编码黄素蛋白。本专利技术还涉及含有下列物质的组合物(a)能够将含有机硫分子的化石燃料脱硫的生物催化剂，和(b)黄素蛋白。附图的简要说明附图说明图1是添加黄素蛋白后通过红球菌属ATCC 53968，IGTS8的提取物实现DBT到2-HBP的转化的图示说明。图2是质粒pEX16和pEX44的图示说明，其中脱硫基因簇单独存在或与黄素蛋白基因frp一起存在，或直接连接到dsz基因上，成为dsz基因簇之一部分。图3说明当使用质粒共表达黄素蛋白时DBT的脱硫率增加。图4是ATCC 53968内生黄素蛋白的洗脱曲线。图5和图6说明当含有内生黄素蛋白IGTS8的组分被加到从聚集dsz基因的大肠埃希氏杆菌分离的DSZ酶制剂中时DBT和DBT-磺内酯的脱硫率的增加。本专利技术的详细描述在石油的提取和精炼技术中术语“有机硫”通常被理解为指由一或多个硫原子(称为杂原子)共价连接到烃骨架结构的有机分子。这些硫原子可以直接连接到烃骨架上，例如通过一或多个碳-硫键，或以取代基形式连接到分子的烃骨架上，例如磺酰基(它含有碳-氧-硫共价键)。含有一或多个硫杂原子的有机分子的大类有时被称作“有机硫化合物”。这些化合物的烃部分可以是脂肪族，芳香族或部分脂肪族和部分芳香族的化合物。通过芳香族碳-硫键将烃骨架中一或多个硫杂原子连接到邻近的碳原子的环状或稠合多环有机硫化合物被称为“含硫杂环类”。对于其中含有硫杂原子的5-员芳香环，以多种含硫杂环形式存在的硫被称作“噻吩硫”。最简单的含硫杂环是噻吩，其分子式为C4H4S。已知，含硫杂环对常规脱硫处理如加氢脱硫法(HDS)是稳定的。含硫杂环既可以有相对简单也可以有相对复杂的化学结构。在复杂杂环中可以存在多稠合芳香环，其中一个或多个可以是杂环。脱硫的难度随分子结构的复杂性而增加，即耐火性是对复杂含硫杂环如二苯并噻吩(DBT，C12H8S)最着重强调的性质。DBT是一种有稠合多芳香环结构的含硫杂环，在该芳香环结构中有两个6-员苄基环位于5-员噻吩环的侧面。在精炼中间体和可燃烧产物中，HDS过后残留在化石燃料中的大部分有机硫是噻吩硫。这些残余的噻吩硫主要在DBT及其含有一或多个烷基或芳基的衍生物中存在，所说烷基或芳基连到一个或两个侧苄基环中的一或多个碳原子上。DBT本身在相关技术中作为这类包括DBT的模型化合物说明是被接受的，其衍生物在涉及噻吩硫的反应方面有时是可接受的。见Monticello和Finnerty，微生物学年报(Annual Reviews inMicrobiology)39371-389(1985)，第372-373页。可以认为DBT及其衍生物在特定原油，煤和沥青的全部硫含量中占有相当大比例。例如，已有报道，这些含硫杂环在德克萨斯西部(West Texas)原油的全部硫含量中占至少70wt％，在某些中东(Middle East)原油的全部硫含量中可达40wt％。因此，DBT被认为是特定地域的化石燃料如原油，煤或沥青，以及各种精炼的中间体和由它们所制造出的燃料产物中发现的作为噻吩硫形式模型化合物的具体代表。同前(Id.)，DBT及其衍生物的另一个特性是化石燃料释放到环境中去之后，这些含硫杂环仍然保持很长时间而没有明显的生物降解。Gundlach等人，科学(Science)221122-129(1983)。因此，最普遍的自然产生的微生物并不能有效地代谢和破坏含硫杂环。适于本专利技术脱硫处理的化石燃料是含有有机硫的化石燃料。这样的化石燃料被称为“底物化石燃料”。富含噻吩硫的底物化石燃料尤其适用于本专利技术脱硫方法。这些底物化石燃料的实例包括CerroNegro或Orinoco重原油；Athabascan焦油和其它类型的沥青；石油精炼组份如轻环油，重大气汽油和1号柴油；以及由如Pocahontas#3，Lewis-Stock，Australian Glencoe或Wyodak煤源制造的煤衍生液体。生物催化脱硫(生物催化法或BDS)是从有机硫化合物耐火有机硫化合物如含硫杂环中切除(放出或除去)硫的方法，是用生物催化剂有选择地将所说化合物中碳-硫键氧化裂解的结果。BDS方法从耐火有机硫化合物产生出脱硫的可燃烧烃骨架，以及同时可以用已知技术如馏分蒸馏法或水提取法彼此分离的无机硫物质。例如，如果采用BDS方法，DBT被转化成羟基联苯基。BDS采用一种或多种非人类生物体(如微生物)，该生物体能表达出可以直接、单独、或彼此相互协同地有选择地裂解有机硫化合物中的碳-硫键，从含有含硫杂环的所说化合物中除去硫一种或多种；还可以使用从这种微生物得到的一种或多种酶；或这种微生物和酶的混合物来完成该BDS。表现有生物催化活性的生物体在此称为Dsz+。缺乏生物催化活性的生物体在此称为Dsz-。本专利技术涉及改进的从含有机硫化合物的化石燃料中除硫的方法，包括在能够使化石燃料脱硫的生物催化剂中添加提高速率量的黄素蛋白，以促进或提高向催化部位的电子转移。这里所用能够将化石燃料脱硫的生物催化剂一般是本领域已知的，包括微生物(生存的和非生存的，重组的和非重组的)和酶制剂。一些研究者已经对将自然产生的细菌经基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高含有机硫化合物的化石燃料的脱硫速率的方法，包括以下步骤：ａ）将化石燃料与含有能够裂解碳－硫键的生物催化剂和能够提高反应速率量的黄素蛋白的水相接触，进而形成化石燃料和水相的混合物；ｂ）将步骤ａ）的混合物保持在用生物催化剂足以裂 解有机硫分子中碳－硫键的条件下，进而得到有机硫含量减少的化石燃料；以及ｃ）将有机硫含量减少了的化石燃料从所得水相中分离出来。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：查尔斯H司夸尔斯，纪宛，奚雷，比崔斯C沃特高，沃尔加S帕格瑞宾斯基，科文A格雷，约翰D蔡尔德斯，
申请(专利权)人：能量生物系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]