生物技术与石油工业论文.doc

生物技术在石油工业中的应用 一微生物与石油利用微生物可以第三次采油美国在得克萨斯州一口40年井龄的油井中，加入糖密和微生物，然后密封。经微生物发酵后，井内气压上升，结果出油率比原来提高4倍，澳大利亚科研人员经过10年努力也开始利用细菌采油，使油井产油量增加50，英国人也作了这方面的尝试。使用微生物采石油可以使油井产量明显提高。1981年美国利用微生物技术多生产2000万桶的原油，价值达6亿美元。1989年原苏联能源杂志介绍了他们开发的利用微生物采油的新方法，这种方法是在钻井过程中，给油层注入细菌，改善水的排油性能，从而提高原油的流动性，使出油率提高。微生物在石油开采中的应用范围是比较小的，但微生物在化工工业中应用却极为广泛。 我们知道，酒精这种重要的工业原料和溶剂过去一直是用微生物发酵法来生产的。本世纪50年代由于石油工业的发展，用石油裂解法制造酒精简便而低廉，因而很快取代了发酵法。但由于近几年来，石油资源枯竭日紧，油价上涨，又导致人们把兴趣转移到发醇上来。现在，就我国而言，年产酒精 120万吨，其中90是发酵法所产生的不仅酒精可以用微生物发酵来生产，其他许多的化工产品都可以用微生物来生产。如甲醇、丙酮、醋酸、环氧乙烷、环氧丙烷、甾体甘油、脂肪酸、柠檬酸、乳酸、氨基酸以及某些高聚合物如聚羟基丁酸酯、生物塑料等等，可以说，微生物发酵产生化工产品大有取代现在的石油化工工业之势。而且，微生物发酵的产物对环境不会造成污染，而现在的许多石油化工产品已产生了公害。典型的例子就是塑料和合成橡胶，这些化工产品很难降解，而微生物产品则不同。现在许多国家的科学家都在寻找塑料和合成橡胶的微生物替代品。生物塑料便是这类替代品生物塑料是微生物及有些植物产生的一种高分子物质。用这种高分子物质所制成的塑料具有与现在广泛使用的塑料一样的强度和韧性，但它们能溶于水，也容易被微生物所降解，不会造成污染。现在，世界上许多国家，如美国、英国、意大利、日本及我国的台湾地区都在竞相开发这种产品。不仅如此，其他的许多化学工业如造纸、工业酶，甚至化妆品都可以用微生物来参与生产。二生物技术在石油勘探中的应用随着微生物培养技术及菌种数测定方法的不断改进, 利用微生物勘探石油的技术得到迅速发展。根据直接探测油气的有关理论,地下烃类的向上渗透使地表和地球化学环境发生了变化。从生物圈角度来看,无论是根植于地下的较高等植物,或是散布于其间的低等生物,都会发生变异,用现代生物分析检测手段(如微生物微量元素分析、 毒素分析、 DNA的 PCR扩增技术检测)检测这种变异, 再经过适当的数据处理,就可能达到预测油气藏的目的。现代石油工业根据石油的生物标志特征可以研究判断石油的生成相和油源。 4我国石油工作者就是利用生物标志特征判断出柴达木盆地西部剖面油砂和沥青的前身原油是成熟原油,它具有水体相对较深的湖相有机质形态,其源岩应该是侏罗系的。 5随着生物技术在石油勘探领域应用的拓宽与深化, 生物与石油相关规律的研究将会取得更大的成果,有可能在深山密林、 深海谷底、 冰川、 南北极等尚未开发的环境区域,探测到更多的油气矿藏,大大提高石油的储采比,增加石油储备。三生物技术在石油开采中的应用生物技术特别是微生物采油技术,已经引起石油工程技术人员的空前关注, 目前在国内外开展的微生物采油先导性矿物试验已初见成效。利用微生物提高原油的采收率技术(Microb i a lEnhancedO i l Recovery简称MEOR )来开发我国丰富的资源,已成为生物技术发展的主导方向之一。微生物采油就是利用微生物代谢产生的聚合物、 表面活性剂、 二氧化碳及有机溶剂等物质进行有效的驱油。微生物采油技术与其它采油技术相比,具有适应范围广、 工艺简单、 投资少、 见效快、 无污染等特点,是目前开采油藏中剩余油和利用枯竭油藏最好的廉价方法, 并且更符合环保要求。微生物采油技术起源于美国 6,从 1930年至今 70余年的发展,已成为国内外发展迅速的一项提高原油采收率的技术,也是二十一世纪的一项高新生物技术。它的发展经历了: 1930年 1965年的起步与探索、 1965年 1980年的迅速发展、1980年 1990年的深入研究和矿场应用见效、 1990年 目前的现代微生物采油技术的发展等四个阶段。现代微生物采油技术的发展阶段主要是现代生物技术在微生物采油上的应用阶段。美国应用现代生物技术重组微生物菌体, 构建基因工程菌,使微生物菌种具有较高的性能,大大促进和发展了生物技术在微生物采油中的应用。现代生物技术,特别是分子生物学技术的快速发展,使采油微生物研究已经进入了分子水平。分子生物学技术的发展, 对微生物采油机理的研究产生了很大影响。PCR( Pol y merase Cha i n React i on)技术、 DNA芯片技术等是研究微生物群落新颖的分子生物学工具。 7PCR与 DNA芯片技术结合,可以对微生物采油菌种的油藏适应性、 地下运移能力、 增殖和增采能力进行准确可靠的认证, 可以对油田地层中存在的微生物群落进行详细调查,并以此对具有微生物采油作用的菌加以利用,对有害菌进行有效防治,进而研究微生物的驱油增产机理,为调整各项工艺,优化方案设计和把握实验进程提供可靠依据。四生物技术在石油化工中的应用20世纪 50年代生物技术开始渗透到石油化学工业,以石油为原料生产单细胞蛋白的工业化成为可能。60年代石油微生物学的兴起、70年代分子生物学的突破, 出现了生物催化剂固定化技术。80年代DNA重组技术和细胞融合技术的崛起, 生化反应工程应运而生, 为人们在石油化工领域开发精细化学品提供了重要手段和工具。随着生物技术的发展,一种新型的化学) ) ) 生物化学) ) ) 生化工程的联合生产过程正在石油化学工业中形成。 18生物技术为石油化工传统工艺的改造、 革新提供了手段, 注入了新活力,化学工程为生物技术的发展,特别是其工业化提供了工具, 因此将二者有机地结合起来能够促进石油化工的迅速发展,其结果必然给人类带来巨大的经济效益和社会效益。目前,生物技术在石油化工中被广泛应用。4 . 1微生物氧化烃类生产有机酸微生物氧化烃类生产有机酸主要有二羧酸和一元酸。二羧酸主要有己二酸和癸二酸。一元酸主要有柠檬酸、 琥珀酸。此外烷烃经氧化还可生产谷氨酸、 富马酸、 水杨酸等。4 . 2在其它石油化工方面的应用生物技术在其它石油化工方面的应用主要有: 由烯烃类制备环氧乙烷和环氧丙烷,以石油为原料生产单细胞蛋白,加氧酶在石油化工的开发利用,柴油生物脱硫研究与开发,石油微生物的脱氮的研究,生物法生产丙烯酰胺、 1, 3) ) ) 丙二酸等。五生物技术在开发绿色油田中的应用能源短缺是当今世界的一个重大问题,据专家预测,全世界的煤还可以开采 200年, 天然气可以开采40年,而石油已经只能开采 30年,矿物资源不能再生。 19目前,世界各地能源危机的关键起因是缺乏化石燃料资源,为了解决石油资源的不足,许多国家的科学家都在寻找石油的新来源,于是有人设想,能够找到一些会产生做燃料的石油树种,以人工营林的方式来生产/树木石油0。最早将此设想付诸实施的是诺贝尔奖获得者,美国科学家卡尔文教授。他从世界各地收集了 3