生物技术在化石燃料开采与应用中的作用.ppt
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1、微生物技术在化石燃料开采与 应用中的作用 三大化石燃料 煤炭 石油 天然气 2011年,我国石油和原油对外依存度双双打破55% 。天然气对外依存度快速上升至24%。 主要内容 l 微生物油气勘探 l 微生物采油 l 微生物煤脱硫脱氮 一、微生物油气勘探 传统油气勘探方法(地震勘探技术) 二维地震:1000 m 1000 m 三维地震:12.5 m 12.5 m 冀东南南堡大油田 四川普光大气田 塔里木地塔中I号大气田 传统原油开采 注水开采法 注气采油法(CO2、N2等 ) 蒸汽采油法(吞吐、驱油 ) 微生物学、油藏地质学、油田化学等相互渗透 发展起来的一门综合技术,可用于石油资源勘 探等 微
2、生物油气勘探 一些短链气态烃在地层压力驱动下透过岩层缝隙渗 透到地表浅层或抵达地面。作为其唯一碳源和能源 的专性微生物在油藏正上方的地表土壤中非常发育 并形成微生物异常。通过检测烃氧化菌的数量和活 性,可以判断地表微生物异常,从而指示地下油气 藏的分布 n 原理 n 勘探微生物 甲烷氧化菌(以C1为代谢目标) 乙烷、丙烷和丁烷氧化菌 己烷氧化菌 来源:土壤微生物、非开发井的钻井岩屑 或岩芯中的微生物、地下水微生物 油气微生物勘探技术源于前苏联 20世纪40年代,美国从地表土壤样品中分离出烃 氧化菌并将其作为地下油气藏的指示菌 20世纪50年代,Phillips石油公司利用丁烷氧化菌 的高抗丁醇
3、的特性来探测烃微渗现象 n 发展历程 20世纪到90年代末期,该技术进入成熟阶段, 形成了现代油气微生物勘探技术系统 美国、日本、捷克等进行了异常区与普通区的 勘探与普查,发现异常区内79%的井钻可遇采油 气藏,而普通区内87%的井为干井 二、微生物采油 l 二次采油 l 三次采油 注入营养液激活地层中处于休眠状态的好氧和 厌氧内源微生物,以原油及中间代谢产物为碳 源生长繁殖,达到改善油藏,增加地层压力, 提高原油采收率。 n 二次采油 利用分子生物学技术构造或改造具有特殊功能 的外源微生物,使其具有产生大量CO2、CH4 、H2,分泌大量高聚物、多糖等的特点,把构 造后的微生物连同培养基一起
4、注入二次采油后 的油层,从而提高采油量。 n 三次采油 n 提高采收率原理 微生物的直接作用。通过微生物的生长繁殖, 占据空隙空间,在油膜下生长,最后把油膜推开 ,使油释放出来. 改变原油组成。通过微生物的降解作用,使原 油碳链断裂,重质成分减少,轻质成分增加,降 低原油黏度,提高原油的流动性. 改变原油的驱油环境。利用微生物在油藏中的有 益活动、微生物代谢产生的酶类与油藏中液相和固 相的相互作用,改变原油/岩石/水界面性质,以及 通过气体如CO2、H2、CH4等增加油层压力; 综合作用,利用微生物的直接和间接作用改变原 油的流动,提高开采率 微生物及 其产物 作用 酸改造油层岩石;增大孔隙度
5、和渗透率;与碱 质岩石生成CO2 生物体选择性或非选择性封堵;对烃类黏附起乳化作 用;改善固体表面;降解和变质原油;降低 原油黏度和凝固点;原油脱硫 气体增加油层压力;使原油膨胀;降低原油黏度 溶剂溶解碳酸盐岩;溶解原油 表面活性 剂 降低界面张力;乳化作用 高分子聚 合物 控制流度;选择性或非选择性封堵 微生物及其代谢产物在采油中的作用 大庆油田(三次采油) 1990年现场试验 7口试验井,日产油量由25吨上升到41吨,含水由 47%下降到40%。部分已关闭的废井又恢复了生产 美国能源部研究显示,在油层渗透率低于50毫达 西时不适用微生物技术进行采油,大庆油田的油层 渗透率却低于25毫达西
6、采收率提高5% 油井3万余口,年产 4000余万吨 胜利油田(二次采油) 单井日产油从3.4吨提高到10吨。 目前有6个区块、1000余口油井采用该技术,累 计增油28万吨。 提高采油率4个百分点 “油藏保护性可持续开发的微生物采油调控技术 及工业化应用”荣获国家科技进步二等奖 油井2万余口,年产3000余万吨 具有耐高压、高盐的能力 油层基本处于无氧状态,应厌氧或兼性厌氧 油层营养比较匮乏,应具有利用烃类物质为碳源的 能力 微生物应能产生有机酸、气体、表面活性剂等,产 量越高越好 n 采油微生物 紫红诺卜氏菌(Nocardia rhodochrous): 海藻糖脂 地衣芽孢杆菌(B. lic
7、heniforms) : 高产生物表面活 性剂、厌氧、耐盐、耐热 n 影响因素 驱油微生物除具有普通微生物共性外,还需能在 油藏条件下旺盛生长繁殖,要适应油藏: 矿物岩性、温度、地层压力、流体性质、 pH 对于温度高、压力大、含盐量大的地层通常不能应用微生物 驱油; 营养基中有时含有一定量的重金属离子,可能对微生物有副 作用; 不同油层有不同的条件,如压力、温度、盐分、油质,对特 定油层的最佳微生物应用工艺需要探索; 并不是任何油田注入微生物后都能起到很好的作用,需要出 台可以使用微生物驱油的油田选择标准 n 面临的问题 已正式启动能够突破性发展石油开采技术的微生 物基因组计划。由大庆石油管理
8、局和设在北京的 病毒基因工程国家重点实验室共同承担负责,已 被列入国家高技术研究发展(863)计划。 国家“九五、十五、十一五、十二五”重点攻关项 目都有微生物采油技术方面的资助 n 发展前景 “九五”国家攻关项目“微生物采油探索研究” “十五”国家攻关项目“极端微生物石油开采技术研 究” “十一五”国家攻关项目“内源微生物采油技术研究 ” “十二五”微生物采油关键技术(1000万元) 开展微生物驱油过程中代谢产物定量化表征与定 向调控技术研究,开发微生物采油数值模拟软件, 优化微生物驱油工艺,建立微生物驱油先导试验示 范工程,并进行采油效果评价研究。 三、微生物煤脱硫 SOx NOx 颗粒物
9、 污染物 酸 雨:pH 5.6 较重酸雨:pH 5.0 重 酸 雨:pH 4.5 西北欧 北美 东亚 西南地区 华中地区 华东沿海 国家规定:含硫量 3属于高硫煤(8% ) 我国煤炭含硫平均值:0.95%1.05% 1的煤炭大约占全国煤炭产量的55 煤炭S含量特点 南方高,北方低;上层低下层高 西南地区3%5,东北地区0.8 炼焦煤 S 1% 动力煤 S 3% 我国煤含硫现状 煤中硫的形态 硫 不可燃烧硫 可燃烧硫 硫酸盐 无机硫 有机硫 黄铁矿(FeS2),无机 硫存在的主要形式,约 占60%70% 噻吩基(C4H4S-)、巯基 (-SH)或硫醇等,约占 30%40% 芳香族和脂肪族 主要脱
10、硫方法 燃烧前脱硫 炉内脱硫 烟气脱硫 煤炭燃烧前脱去煤中的硫分 添加CaCO3、CaO或MgO等粉末 (以有机固体废弃物和石灰为燃料 制备的有机钙混合物代替石灰石) 吸收法和吸附法; 湿法(石灰石-石膏法、氨吸收法等 )和干法(旋转喷雾、烟气硫化床) 烟气脱硫 炉内脱硫 脱S 50%60%,效率不高; 炉内喷入的脱硫剂容易发生烧结, 表面积快速减少,反应活性和反应 速率降,易结渣、磨损和堵塞 脱S 90%,效率高,但投资(11%- 18%)、运行(8%-18%)成本高,发 达国家应用较多。固废多(7000万吨) 主要脱硫方法优缺点 物理法 淘汰选煤:除去黄铁矿,不能除去有机硫 浮选选煤:煤与
11、矿湿润性差异 重介质选煤:悬浮液(磁铁矿+水)浮力 强磁分离技术 :有机硫顺磁性,无机硫逆磁性 燃烧前脱硫方法 过程简单,有大规模应用;不能脱出有机 硫,受无机硫晶体结构、大小、分布影响 化学法 微波辐射:黄铁矿硫易吸收微波,有机硫次之 ,煤基质基本不吸收消弱化学键浸取液洗涤硫 (无机、有机S均可,实验室研究) 熔融碱法:加入碱溶液与硫反应,能脱去部分 有机硫和大部分无机硫(应用少) 脱除大部分无机和有机硫,不受硫晶体结构 、大小、分布影响;高温、高压条件,设备 复杂,能耗大,对煤结构破坏大,热值损失 大 微生物法 利用微生物破坏煤中无机硫和有机硫,可以达 到经济、有效地脱硫 无机硫脱硫率可达
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- 生物技术 化石 燃料 开采 应用 中的 作用
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