生物炼制技术范文
时间：2023-11-16 15:14:42
生物炼制技术范文第1篇
关键词：生物炼制；乳酸；木质纤维原料
中图分类号：O632.1
文献标识码：A
文章编号：1674-9944(2011)01-0169-05
1 引言
化石原料提供了当今社会需要的大部分交通燃料以及大量化学品。科学技术的进步提高了化石原料精炼及利用效率，因此也加快了化石原料的消耗速度并带来了日益严重的环境问题，这迫使寻求替代能源和化学品炼制方式成为社会可持续发展的必然要求。
地球上具有广泛易得的生物质资源，农业、林业以及人为控制的和非人为控制的微生物系统都能生产可再生碳基原材料，同时可再生碳基原料的使用能降低CO2净排放值，具有环境友好特性。因此以生物质为原料的生物炼制是维持社会和实现化学产业可持续发展的必然要求［1］。生物炼制一般过程是首先将原料的高分子物质采用酶水解转化为可发酵性糖基平台物质，然后通过生物催化过程将其转化为燃料或系列化学品。生物炼制采用蔗糖、淀粉或者纤维素为原料，其炼制方式也是基于不同原料的天然属性发展而来。众多的生物质资源中，木质纤维原料属于非粮食原料，因此基于木质纤维原料的生物炼制方式是目前的研究热点。
乳酸（LA）是一种重要及多用途的化学品，用于食品、医药以及高聚物等多个产业。乳酸通过聚合可以合成聚乳酸（PLA），这种高分子材料具有良好的生物可降解性，因此乳酸更加受到研究者的关注。目前乳酸生产有化学合成和微生物发酵法，世界近90%的乳酸时通过细菌发酵合成［2］。生物基乳酸炼制是采用生物质作为原材料，通过微生物发酵过程最终生成具有光学纯度的乳酸的过程。
2 生物炼制原料
第1代生物炼制采用蔗糖基原料，第2代生物炼制采用淀粉基原料，第3代生物炼制采用纤维素基原料。对比3代炼制方式的可发酵碳成本，目前第1代最具竞争力，第3代生物炼制成本最高。研究指出据估计每年仅有1.7%的蔗糖用于非粮食生产。淀粉类原料可以相对容易转化为可发酵糖，是目前最理想的乳酸发酵原料。我国的生物炼制产业近期最有可能采用甜高粱和木薯作为原料［3］。在粮食短缺的当今世界不提倡使用蔗糖和食用淀粉作为炼制原料，与此同时即使使用淀粉及蔗糖用于生物炼制，它们的供应仍然不能满足未来生物炼制厂对原料的需求。因此长远考虑，开发纤维素基原料的生物质是具有重要意义的。
木质纤维原料优势明显：一方面原料低廉易得；另一方面其生物炼制体系适合产品谱系的生产，木质纤维原料的生物炼制体系最有潜力实现工业化，其过程见图1。
发展和优化木质纤维原料生物炼制过程是近年来研究热点。小麦秸秆水解对欧洲经济是重要的，美国采用玉米秸秆进行生产。我国是农作物秸秆的生产大国，因此我国发展生物炼制具有原料优势［3］。木质纤维原料利用存在以下难点：纤维素生物质具有比淀粉更复杂结构，半纤维素和木质素对纤维素的包裹作用以及纤维素本身具有的两相结构大大降低了纤维素的可及度，因此难于利用；酶高需求量并且高成本使木质纤维至今仍然无法被大规模商业化利用；木质纤维原料含有可观的五碳糖，只有充分利用这些五碳糖才能实现高效的原料利用率。因为持续的技术提高能降低纤维素基生物炼制成本，潜在的未来生物炼制的原料仍将是木质纤维素原料。
3 木质纤维基乳酸制备
3.1 木质纤维原料预处理
目前木质纤维原料多种预处理方法已有不同程度上的研究和应用，常用的方法有稀酸处理、生物处理法、有机溶剂法、碱处理法以及蒸汽爆破法［4］：稀酸处理能有效提高纤维素水解效率；同时能高效回收五碳糖；有机溶剂法几乎可以完全去除半纤维素及木质素，但其对设备及有机溶剂回收要求高；生物处理简单易行并且具有环境友好性，但处理周期长：NaOH处理法有较强的脱木质素和降低结晶度能力,但同时能分解半纤维素使生物质损失，并且这种处理方法需要的后期中和处理增加这种预处理的成本；蒸汽爆破具有处理时间短，不用或少用药品，节能环保，无回收工艺等优点，是一种较为理想的预处理技术。
应用蒸汽爆理木质纤维原料有可能降低生物炼制成本，蒸汽爆破预处理通过有效地破坏木质纤维素结构及木质素、半纤维素的结合层,增加酶促反应的有效比表面积。低强度的蒸汽爆破对原料处理不够，而高强度的蒸汽爆破一方面耗能多，另一方面会损失物料，因此优化蒸汽爆破条件有重要意义［5］。结合多种预处理方法能提高蒸汽爆理效果。原料蒸汽爆破前后采用一定化学处理或水处理能提高蒸汽爆破效率［6］,同时减少对后期利用有抑制作用的物质［7］。
除了传统预处理，近来研究也关注一些新型的预处理方式，比如超(亚)临界预处理和离子液体预处理。葡萄糖在超临界水中分解反应速度都很大［8］，葡萄糖的降解降低了生物质可利用率。赵岩等［9］的研究表明超临界和亚临界组合优于两者单独使用，但是这种组合技术对天然木质纤维原料的适用程度还有待进一步研究。尽管超( 亚) 临界预处理优点明显，但其复杂的过程及过程产生大量酶和微生物的抑制产物使得其在生物炼制中大规模应用还需要更多的研究。近期研究开发新型的纤维素溶解溶剂离子溶剂，具有不易挥发并具有很好的化学及热稳定性,同时溶解纤维素效果理想。尽管离子液体处理能大大提高酶解效率［10］，但是成本使其不宜在工业大规模生产中应用［11］。
3.2 酶水解
目前酶成本是纤维素降解过程的最重要成本之一,如何降低酶成本也是研究热点［12］。酶成本的降低可以通过两方面实现，一方面是降低单位酶的生产成本，另一方面是提高单位酶酶活力以降低酶用量。使用突变及筛选改进生产菌株，利用纤维素作为碳源及其高产率菌株生产能降低成本。商业化酶是无细胞、稳定的浓缩物，提取和复配成本占了生产成本的大部分，因此在满足应用需求时减少发酵后处理可以降低发酵成本。基于这点，有研究考察了产酶微生物共发酵或者直接使用粗酶液进行炼制过程［12,13］。酶性能的改善主要研究焦点集中于增加纤维素酶的热稳定性［2］。有研究表明一些表面活性剂的使用能减少酶用量［12,14］，在不增加太多后期处理成本的情况下，这些做法是可取的。一些产酶混合菌群或者纤维素酶的互配也能提高效率［12,15］。同时针对将要使用的特定底物及预处理方法，对酶系统进行优化也是必要的。此外其它一些措施也能降低酶成本，比如嗜热微生物的使用能减少酶的消耗［16-18］，回收利用纤维素酶，有研究表明从汽爆预处理的水解硬木残渣和水解液中回收纤维素酶是可行的,大约可以节省成本130%~427%［19］。
3.3 乳酸发酵微生物
目前，商业化的乳酸生产菌株有乳酸杆菌、杆菌及根霉菌属。传统乳酸菌在乳酸工业生产中占主导地位［1］，研究也在开发酵母和谷氨酸棒状杆菌用于乳酸生产。乳酸菌需要复杂的营养条件，从而需要相对高的发酵成本，同时也影响纯化乳酸经济性，研究关注降低这方面的成本，廉价的天然含氮物质替代酵母浸出物能降低乳酸生产成本［20~22］。多种乳酸菌的共发酵同样可以降低对培养基的要求，不需要有机氮的双岐杆菌种可在培养基内分泌大量多种氨基酸以满足其他乳酸菌需要。大肠杆菌能在简单的矿物培养基中生长，能利用己糖和戊糖，副产物多而产量低。谷氨酸棒状杆菌广泛用于工业生产氨基酸，谷氨酸棒状杆菌在无氧环境下能利用葡萄糖在无机盐培养基中产有机酸，据此开发谷氨酸棒状杆菌生产LA系统，这种系统产生高光学纯度的L-及D-LA同时明显也产生其它有机酸。根霉菌属中米根霉耐低pH，营养要求低，菌体大容易分离，发酵产生唯一的具有高光学纯度乳酸，但是产率低［23］。酵母比细菌更能耐受低的pH，Min-Tian Gao［24］等利用代谢工程得到的酿酒酵母 OC-2T T1-185R，在pH低于3.5时仍能高效产乳酸。基因改造酵母能实现高光学纯度LA的生产，但是他们不是产率较低就是需要较长的发酵时间。
目前基于木质纤维原料利用微生物改造研究集中在直接利用纤维二糖的菌株、高忍耐发酵抑制剂的菌株、嗜热耐酸菌株及五碳糖利用菌株的开发。乳酸菌不能直接对纤维素或多于4个葡萄糖单体的纤维低聚糖进行LA发酵［25］，但是开发能直接利用纤维二糖的菌株具有重要意义，因为纤维二糖是纤维水解后一个主要低聚糖化合物，同时也是降解晶状纤维素的主要酶CBHs的强力抑制剂［26］。Mukund［2］使用突变体UC-3利用高浓度纤维二糖生产乳酸，产率达到0.9g乳酸/纤维二糖。研究表明改造酵母也实现了对纤维二糖的利用［1］。蒸汽爆破过程会产生对后续水解及发酵的抑制物质,去除这种不利物质会增加操作步骤并且损失部分可发酵糖［27］，所以如果能提高菌种对发酵抑制剂的忍耐力就能降低处理过程的强度［28,29］。提高菌种对发酵抑制剂的忍耐力除了突变、筛选及基因手段，还有一种更为简单的方式，有研究表明采用纤维水解液进行培育的微生物能一定程度上适应水解液中抑制剂，使用这种自适应微生物发酵能提高产品产量［30］。研究表明嗜热菌的利用能提高酶利用效率，从而降低酶用量［16］。乳酸生产原料中，纤维素的水解伴随着半纤维素水解而产生一定量的五碳糖。充分利用这些五碳糖显然能提高生物质利用率。通过基因工程改造谷氨酸棒状杆菌［31,32］已经实现了对木糖、树胶醛糖及纤维二糖的发酵。但是基于酵母利用木糖和树胶醛糖改造还仅见于乙醇生产中［33,34］。Ronald等［35］研究表明米根霉真菌也能够转化木质水解液中大量存在的戊糖如木糖。这些研究使得发酵半纤维素水解产物生产乳酸成为可能。
3.4 乳酸发酵
乳酸发酵可以采用分步糖化发酵（SHF）、同步糖化发酵（SSF）、同步糖化共发酵（SSCF）以及综合生物过程（CBP）［3］。同步糖化发酵是在同一反应器中同时进行水解和发酵，是目前常用的发酵过程。相比分步发酵，同步发酵能减少酶水解产物对酶的抑制作用，同时过程反应容器的减少也降低设备投资。但是不使用嗜热发酵微生物的SSF的发酵温度一般不高于45℃，牺牲酶水解的效率以保证发酵微生物的活力［18］。其次同步发酵结束后很难对菌体及酶进行回用，这使得同步发酵过程宜降低菌体浓度同时使用高固体负载进行发酵。分步过程需要较多的设备投资和长的过程时间，这使得尽管分步过程能得到较高的原料纤维转化率，但是其生产力比同步发酵低。
固体化细胞能保护细胞不受外界不利条件的影响，实现连续生产。固定化细胞具有良好的稳定性及可重复利用性。沈雪亮等［36］将富含纤维二糖酶的黑曲霉孢子和德氏乳酸杆菌细胞共固定在海藻酸钙凝胶珠中,耦联共固定化细胞体系与纤维素原料的酶水解体系，利用这种组建成新型串联式生物反应器发酵乳酸，反复分批协同反应试验表明共固定化细胞具有持续、稳定、高效的乳酸生产能力,可以重复利用。
底物抑制和产物抑制是生物反应中限制生产强度和产物浓度的两个主要因素，SSF能有效降低底物抑制，生物炼制与生物分离的组合系统则能降低产物抑制。Seyed等［37］比较了离子交换原位分离培养基中乳酸的发酵方式和平常普通的发酵方式，结果表明使用离子交换树脂用于分离乳酸和自动pH控制器进行在线控制pH，在优化工艺条件下原位发酵的生产力是普通发酵体系的5倍。发酵与萃取耦合的原位分离技术能简化原有发酵工艺，并且消除产物抑制从而提高了发酵转化率，Min-Tian Gao［38］等的研究表明这种萃取发酵的可行性。
4 乳酸的精制
生物炼制得到的乳酸产品需要精制才能应用于聚乳酸生产。近年来研究者尝试各种精制方法，如分子蒸馏法、酯化水解法、电渗析法和膜分离法。分子蒸馏是一种真空蒸馏技术，高真空度（系统绝压约0.1Pa）条件下进行的非平衡连续蒸馏过程［39］。由于分子蒸馏的操作温度远低于常压沸点并且物料被加热的时间短，过程中物质本身基本不受到破坏，因此这种技术适合于分离低挥发度、高沸点、热敏性和具有生物活性的物料。分子蒸馏是一种很好的乳酸精制技术，工艺简单、步骤少，但设备投资大，适合乳酸的深加工。酯化法是获得高纯度乳酸的有效方法之一，酯化反应化学平衡的限制酯化法产率，近年来，高效催化剂和工艺的开发以及和膜技术发展推动了酯化法新的发展［40~42］。膜分离技术作为新型化工分离技术之一，具有低成本快速,易于放大,可连续操作等优点。近年来材料的发展促进膜技术在各领域的广泛应用。膜分离技术中的超滤和微滤能用于乳酸发酵液前期澄清处理，纳滤、反渗透及和电渗析结合的膜分离能用于精制［43］，利用耦合纳滤膜和反应器也可以实现乳酸半连续生产。纳滤和反渗透过程精制得到的乳酸能满足食品乳酸生产要求。膜分离技术的应用仍然要考虑吸附和浓差极化的问题。
普通电渗析法是利用选择性的离子交换膜在电场作用下使离子发展定向运动，从而达到离子的浓缩。利用普通电渗析可获得较纯净的乳酸盐溶液。双极膜电渗析是新型的技术，不同于普通电渗析，双极膜层使水发生解离从而可以分解乳酸盐制备乳酸和碱，因此在从乳酸盐制备乳酸时具有独特的优势［39,43］。电渗析过程制备乳酸具有简单、物耗降低、三废排放少，同时乳酸产品质量高明显优势，但是其不能单独用于乳酸精制，先利用其它预处理技术（微滤，其它膜分离技术等）获得较为纯净的乳酸盐溶液，之后利用双极膜电渗析过程进行精制。
5 结语
目前每年聚乳酸的生产能力450万kg， 而塑料总产量2 000亿kg。究其原因是聚乳酸生产成本较高，不能和化石原料生产的塑料竞争。聚乳酸生产成本包含单体乳酸生产成本。因此需要降低乳酸生产成本。木质纤维基乳酸的生物炼制是一种有前途的乳酸生产方式，其原料来源广泛而低廉，同时相对化学合成更具有环境友好性，被认为最符合采用非粮食生产乳酸理念的炼制方式。当前的技术实现其工业化还有很大差距，因此研究致力于降低炼制成本。生物炼制乳酸面临前所未有的机遇和挑战，整合生物炼制各过程、全面利用生物质材料以及经济炼制是应对挑战的方法。
参考文献：
［1］ Okano K,Tanaka T,Ogino C,et al.Biotechnological production of enantiomeric pure lactic acid from renewable resources: recent achievements,perspectives,and limits［J］.Applied Microbiology and Biotechnology，2010,85(3): 413~423.
［2］ Adsul M G,Varma A J,Gokhale D V.Lactic acid production from waste sugarcane bagasse derived cellulose［J］.Green Chemistry，2007,9(1): 58~62.
［3］ 王庆昭，郑宗宝，刘子鹤，等.生物炼制工业过程及产品［J］.化学进展，2007,19(7): 1 198~1 205.
［4］ 张名佳，苏荣欣，齐崴，等.木质纤维素酶解糖化［J］.化学进展，2009(5): 1 070~1 074.
［5］ 王许涛，张百良，宋安东，等.蒸汽爆破技术在秸秆厌氧发酵中的应用［J］.农业工程学报，2008,24(8): 189~192.
［6］ 王遥蒋建新，宋先亮.蒸汽爆破预处理木质纤维素及其生物转化研究进展［J］.生物质化学工程，2006,40(6): 37~42.
［7］ Cantarella M,Cantarella L,Gallifuoco A,et al.Effect of inhibitors released during steam-explosion treatment of poplar wood on subsequent enzymatic hydrolysis and SSF［J］.Biotechnology Progress，2004,20(1): 200~206.
［8］ 赵岩，王洪涛，陆文静，等.秸秆超（亚）临界水预处理与水解技术［J］.化学进展，2007,19(11): 1 832~1 838.
［9］ Zhao Y,Lu W J,Wang H T.Supercritical hydrolysis of cellulose for oligosaccharide production in combined technology［J］.Chemical Engineering Journal，2009,150(2~3): 411~417.
［10］ 刘传富，张爱萍，李维英，等.纤维素在新型绿色溶剂离子液体中的溶解及其应用［J］.化学进展，2009(9):1 800~1 806.
［11］ 李秋瑾，殷友利，苏荣欣，等.离子液体［BMIM］Cl预处理对微晶纤维素酶解的影响［J］.化学学报，2009(1): 88~92.
［12］ 冯月，蒋建新，朱莉伟，等.纤维素酶活力及混合纤维素酶协同作用的研究［J］.北京林业大学学报，2009:169~173.
［13］ Miura S,Arimura T,Itoda N,et al.Production of L-lactic acid from corncob［J］.Journal of Bioscience and Bioengineering，2004,97(3): 153~157.
［14］ 罗鹏，刘忠.表面活性剂对麦草同步糖化发酵转化乙醇的影响［J］.过程工程学报，2009(2): 355~359.
［15］ 冯玉杰，李冬梅，任南琪.混合菌群用于纤维素糖化和燃料酒精发酵的试验研究［J］.太阳能学报，2007(4):375~379.
［16］ Ou M S,Mohammed N,Ingram L O,et al.Thermophilic Bacillus coagulans Requires Less Cellulases for Simultaneous Saccharification and Fermentation of Cellulose to Products than Mesophilic Microbial Biocatalysts［J］.Applied Biochemistry and Biotechnology，2009,155(1~3): 379~385.
［17］ Budhavaram N K,Fan Z L.Production of lactic acid from paper sludge using acid-tolerant,thermophilic Bacillus coagulan strains［J］.Bioresource Technology，2009,100(23): 5 966~5 972.
［18］ Patel M A,Ou M S,Ingram L O,et al.Simultaneous saccharification and co-fermentation of crystalline cellulose and sugar cane bagasse hemicellulose hydrolysate to lactate by a thermotolerant acidophilic Bacillus sp.［J］.Biotechnology Progress，2005,21(5): 1 453~1 460.
［19］ 海，孙君社.提高纤维素酶水解效率和降低水解成本［J］.化学进展，2007: 1 147~1 152.
［20］ 丁绍峰，谭天伟.豆粕水解液为氮源细菌厌氧流加发酵生产L-乳酸［J］.过程工程学报，2006(1): 77~81.
［21］ Naveena B J,Altaf M,Bhadriah K,et al.Selection of medium components by Plackett-Burman design for production of L(+) lactic acid by Lactobacillus amylophilus GV6 in SSF using wheat bran［J］.Bioresource Technology，2005,96(4): 485~490.
［22］ Altaf M,Naveena B J,Venkateshwar M,et al.Single step fermentation of starch to L(+) lactic acid by Lactobacillus amylophilus GV6 in SSF using inexpensive nitrogen sources to replace peptone and yeast extract - Optimization by RSM［J］.Process Biochemistry，2006,41(2): 465~472.
［23］ 杨登峰，关妮，潘丽霞，等.微生物发酵L-乳酸的研究进展［J］.中国酿造，2009(5): 1~3.
［24］ Gao M T,Shimamura T,Ishida N,et al.Application of metabolically engineered Saccharomyces cerevisiae to extractive lactic acid fermentation［J］.Biochemical Engineering Journal，2009,44(2~3): 251~255.
［25］ Adsul M,Khire J,Bastawde K,et al.Production of lactic acid from cellobiose and cellotriose by Lactobacillus delbrueckii mutant Uc-3［J］.Applied and Environmental Microbiology，2007,73(15): 5 055~5 057.
［26］ Tokuhiro K,Ishida N,Kondo A,et al.Lactic fermentation of cellobiose by a yeast strain displaying beta-glucosidase on the cell surface［J］.Applied Micrrbiology and Biotechnology，2008,79(3): 481~488.
［27］ Maria Cantarella L C A G.Effect of Inhibitors Released during Steam-Explosion Treatment of Poplar Wood on Subsequent Enzymatic Hydrolysis and SSF［J］.Biotechnol prog,2004(20): 200~206.
［28］ Wee Y J,Kim J N,Ryu H W.Biotechnological production of lactic acid and its recent applications［J］.Food Technology and Biotechnology，2006,44(2): 163~172.
［29］ Tokuhiro K,Ishida N,Nagamori E,et al.Double mutation of the PDC1 and ADH1 genes improves lactate production in the yeast Saccharomyces cerevisiae expressing the bovine lactate dehydrogenase gene［J］.Applied Microbiology and Biotechnology，2009,82(5): 883~890.
［30］ Bai D M,Li S Z,Liu Z L,et al.Enhanced L-(+)-lactic acid production by an adapted strain of Rhizopus oryzae using corncob hydrolysate［J］.Applied Biochemistry and Biotechnology，2008,144(1): 79~85.
［31］ Kawaguchi H,Vertes A A,Okino S,et al.Engineering of a xylose metabolic pathway in Corynebacterium glutamicum［J］.Applied and Environmental Microbiology，2006,72(5): 3 418~3 428.
［32］ Kawaguchi H,Sasaki M,Vertes A A,et al.Engineering of an L-arabinose metabolic pathway in Corynebacterium glutamicum［J］.Applied Microbiology and Biotechnology，2008,77(5): 1 053~1 062.
［33］ Saitoh S,Hasunuma T,Tanaka T,et al.Co-fermentation of cellobiose and xylose using beta-glucosidase displaying diploid industrial yeast strain OC-2［J］.Applied Microbiology and Biotechnology，2010,87(5): 1 975~1 982.
［34］ Maas R,Bakker R R,Eggink G,et al.Lactic acid production from xylose by the fungus Rhizopus oryzae［J］.Applied Microbiology and Biotechnology，2006,72(5): 861~868.
［35］ 沈雪亮，夏黎明.共固定化细胞协同糖化发酵纤维素原料产乳酸［J］.化工学报，2008(1): 167~172.
［36］ Ataei S A,Vasheghani-Farahani E.In situ separation of lactic acid from fermentation broth using ion exchange resins［J］.Journal of Industrial Microbiology & Blotechinlogy，2008,35(11): 1 229~1 233.
［37］ Lin J P,Zhou M H,Zhao X W,et al.Extractive fermentation of L-lactic acid with immobilized Rhizopus oryzae in a three-phase fluidized bed［J］.Chemical Engineering and processing，2007,46(5): 369~374.
［38］ 李卫星，邢卫红.发酵法乳酸精制技术研究进展［J］.化工进展，2009(3): 491~495.
［39］ Zhao W J,Sun X H,Wang Q H,et al.Lactic acid recovery from fermentation broth of kitchen garbage by esterification and hydrolysis method［J］.Biomass & Bioenergy，2009,33(1): 21~25.
［40］ Delgado P,Sanz M T,Beltran S.Pervaporation of the quaternary mixture present during the esterification of lactic acid with ethanol［J］.Journal of Membrane Science，2009,332(1~2): 113~120.
［41］ Suna X H,Wang Q H,Zhao W C,et al.Extraction and purification of lactic acid from fermentation broth by esterification and hydrolysis method［J］.Separation adn puriflcation Technology，2006,49(1): 43~48.
［42］ Kang S H,Chang Y K,Chang H N.Recovery of ammonium lactate and removal of hardness from fermentation broth by nanofiltration［J］.Biotechnology Progress，2004,20(3): 764~770.
［43］ Timbuntam W,Sriroth K,PiyachomkWan K,et al.Application of bipolar electrodialysis on recovery of free lactic acid after simultaneous saccharification and fermentation of cassava starch［J］.Biotechnology Letters，2008,30(10):1 747~1 752.
Progress of Study on Biorefinery and Preparation Process of Lactic Acid from
Lignocellulosic Biomass
Tang Yong，Su Zhangqin，Zhao Danqin,Jiang Jianxin
（Department of Chemical Engineering,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China）
Abstract: The replacement of fossil refining with biorefinery is vital for sustaining the growth of the chemical industry and society.In this paper,it summarzes the advantage and bottlenecks of biorefinery using lignocellulosic biomass as raw material.Besides,it describes the preparation process of lactic acid from lignocellulosic biomass,including the pretreatment of lignocellulosic biomass,enzymatic hydrolysis,breeding of fermentaion stain and fermentation process.Especially it overreviews the research progress both at home and abroad of how to improve yield and reduce the cost in the refining process and the purification technology oflactic acid,so as to provide some references to realize the industrialization of biorefinery production.
Key words:biorefinery;lactic acid;lignocellulosic raw material
生物炼制技术范文第2篇
乔治・W・休伯(George W. Hube)(美国马萨诸塞大学化学工程学教授)
布鲁斯・E・戴尔(Bruce E. Dale)(美国密歇根州大学教授)
我们应该清醒地认识到,对石油过分依赖,会让国家安全、经济安全及环境安全遭受威胁。我们必须找到新的能源来保障世界运输系统的顺利运转。
生物燃料可以用植物或植物制品为原材料。目前,第一代生物燃料以可食用作物为原料,主要包括玉米、大豆、甘蔗。用可食用作物制造生物燃料是最简单可行的,因为把这些可食用作物转化为燃料的技术是现成的。然而,第一代生物燃料并非长久之计,原因很简单:没有足够的耕地能够满足发达国家10%的液态燃油原料需求。这种对粮食作物的额外需求还使2008年家畜饲料价格大幅上升及部分粮食价格的上涨。一旦将玉米生长、收获及加工期间的所有排放纳入经济成本预算,第一代生物燃料显然并不是我们所期望的、对环境安全具有积极影响的能源形式。
第二代生物燃料主要以纤维素质材料为原料,如富含纤维素、生长迅速的草本植物,因此将英文汽油(gasoline)单词中前缀“gas”去掉,引入“grass”(草),就组成了形象生动的专有名词“草油”(grassoline)。可转化为草油的原料有很多,从木材废料(锯木屑 、木质建筑残片)到农业废弃物(玉米秸秆、小麦茎秆),再到“能源作物”(生长迅速、纤维含量高、专门种植用作草油原料的草本和木本植物)。这些原料作物耕作成本低、量大,更关键的是,这些作物的种植生产不会干扰和危及粮食生产。大多数能源作物能够在不能用作农田的边际土地上快速生长。还有一些能够在被废水或者重金属污染的土壤中生长并净化土壤,如生长周期较短的灌木柳树。
美国农业部和能源部的研究显示,在不减少作为人类食物、动物饲料及出口生物质份额的前提下,美国每年能够生产13亿吨(干重)生物质。如此大量的生物质每年至少能够产生1,000亿加仑(约3,790亿升)草油,大约相当于每年美国汽油、柴油消耗总量的一半。放眼全球,每年纤维素类生物质生产量能够转化的生物燃料相当于340亿～1600亿桶原油,已经超过了目前全球每年30亿桶原油的消耗量。纤维素类生物质能够转化成任何类型的燃料,如乙醇、普通汽油、柴油,甚至航空燃油。
现在,科学家仍然更擅长发酵玉米籽粒(有效成分为淀粉),而不是打断纤维素分子链,使它们转变成可发酵单糖,但最近这方面取得了突破性进展。量子化学计算模型之类的强大工具的引入,使化学工程师能够在原子水平控制反应进程。目前科学家将研究重心集中在,如何快速将这种微观尺度的控制级别提升到炼制厂这样的工业水平。尽管此领域依然处于起步阶段,但一些示范工厂已经开始运行,第一个商业化生物燃料炼制厂预计在2011年建成。人类历史上的能源新纪元──草油时代也许很快就要到来。
能量封印
纤维素为植物提供了抵抗重力和生物降解的支撑性架构。为了释放纤维素里的能量,科学家必须先破坏进化赋予植物的这种异常稳定的结构。
一般来说,这种“解封”过程先要将固体生物质解构成聚合度更低的小分子物质,随后将它们转化成燃料。工程师一般采用控温方式进行这种操作。低温(50℃～200℃)情况下,生物质裂解产生的单糖可以被发酵成乙醇或其他形式的燃料,玉米及糖类作物(如甘蔗)采用的就是这种转化方式。生物质在高温(400℃～600℃)下会直接转化为生物质原油(Biocrude),再经过提炼就可以成为汽油或者柴油。极端高温(高于700℃)下,生物质会直接变成气体并进一步转化为液态燃料。
到目前为止,还没人知道到底哪种方法能够以最低的成本获得最高的能量。或许不同生物质材料需要不同的处理方法。比如说木材废弃物需要高温处理,而低温方式对草本植物更为适合。
热化学平台――热解合成油
生物质经高温裂解生成合成气(syngas),是目前技术上最有发展前途的研究热点。合成气是一氧化碳和氢气组成的混合气体,可以由任何含碳的物质制得。通过德国科学家于20世纪20年明的费托合成(Fischer-Tropsch synthesis, FTS),合成气通常可以转化成柴油、汽油或者乙醇。第二次世界大战期间,德意志第三帝国就利用FTS将德国的煤矿石转化为液体燃油。目前多数传统化石能源公司都拥有合成气转化技术,准备在汽油价格过高时将这种热油转化技术引入市场。
气化是生产合成气过程的第一步反应。生物质被装入反应器中加热到700℃以上,通入蒸汽或者氧气,产生一氧化碳、氢气和焦油的混合物。清除焦油后,将混合气体压缩到20～70个大气压,使它们通过一种专门设计的固体催化剂反应器生成液体燃料 (这种固体催化剂可以捕获单独的反应物分子,优先催化特定的化学反应)。合成气转化催化剂最初是为把天然气及煤矿石转化成燃油而开发的,但它也同样适用于处理生物质。
尽管该技术已经比较成熟,反应器的成本却非常昂贵。2006年在卡塔尔建立的、用FTS将天然气转化为液态燃油的工厂耗资16亿美元,平均每天生产34,000桶液态油。如果一个生物质炼制工厂的投资达到这种规模,该炼制厂必须每天转化5,000吨生物质,持续15到30年,才能生产足够的燃料以收回投资。将这么多生物质集中到一个地点完成生产存在严峻的后勤和经济性挑战,所以合成气技术的研究主要集中在如何降低投资成本方面。
生物原油
埋藏于地下的寒武纪浮游生物及藻类经过上亿年的高压、高热作用,形成了石油。将纤维素类生物质转化为生物质原油的原理与此类似,只不过时间长度大大缩小。在这种情况下,炼制厂在无氧条件下将生物质加热到300℃～600℃间的任意温度,高热量将生物质热解为类似于木炭的固体及生物燃油,并释放气体。这种生物燃料是目前市场上价格最低廉的液态生物原油,与1加仑汽油的能量相当的生物原油价格为0.5美元(按未经处理的生物质计算)。
该技术也可应用到生物质收割地点附近的小型炼制厂,可以大幅降低生物质的运输费用。遗憾的是,这种燃油酸性较高,与石油基燃油无法互溶,其中所含能量也不到汽油的一半。虽然你可以在柴油引擎中直接燃烧生物燃油,但很快会使引擎报废。
但是原油炼制厂能够将这种生物原油转化为便于使用的燃油,很多公司已经开始研究如何利用现有炼制厂设备完成这项工作。一些公司已经能生产出绿色柴油,说明原油炼制厂也能把纤维素生物原油转化为柴油。现在,这些公司正将植物油和动物油脂与石油直接混合进行炼制。Conoco-Phillips 公司证明这一途径是可行的,该公司在美国得克萨斯州的精炼厂从附近的Tyson屠宰场运来牛脂肪,每天可以生产超过45,000升生物柴油。
研究人员还在尝试用化学工程中的“一锅法”来实现两步法工艺,也就是说,在同一个反应器内将固体生物质炼制成“原油”,再炼制出成品油。本文作者之一休伯和他的同事开发出了一种快速催化裂解技术。之所以“快速”,是因为生物质进入反应器后,不到一秒钟就可加热到500℃,将大分子裂解成小分子。这些小分子的体积和形状都与催化剂表面非常契合,极易结合,就像鸡蛋被装在专门设计的纸箱里一样。
一旦结合到催化剂表面的孔隙中,这些小分子就经过一系列反应转化为汽油。汽油中的芳香族成分越高,辛烷值越高。整个过程仅需要2～10秒钟。首个获得该项专利授权的Anellotech公司正着手让该工艺走出实验室规模,实现商业化生产,希望能在2014年前建成商业化工厂并投入使用。
生物化学平台-糖的微生物转化
将植物多糖转化为可发酵糖,再发酵生产乙醇或是其他生物燃料,这一方法备受公众和私人投资者的关注,迄今以来,大部分投资者主要依靠传统化石燃料。在理论上,将细胞内难以分解的纤维素和半纤维素裂解为单糖的方法很多。例如热解、伽马射线照射,研磨成浆、高温蒸煮、浓酸、强碱或有机溶剂处理,还可以通过遗传工程培养的微生物菌株来降解纤维素。
遗憾的是,这些实验技术大都无法成功进行商业化生产。
在极端PH和温度条件下处理生物质最可能应用于商业化生产。氨处理法在本文作者之一戴尔的实验室研制成功。氨气爆破法(ammonia fiber expansion,AFEX)的工艺流程如下:100℃高压条件下,用浓缩氨蒸煮纤维素类原料。当压力释放后,氨蒸发,回收再利用。处理后的原料加酶水解,可以将近90%纤维素或半纤维素转化为糖。在高温或酸性环境中,糖很容易降解,而该技术将这种可能性降到最低,这是糖产量高的部分原因。AFEX是干处理法:整个过程中没有加水稀释,处理前后生物原料都保持较干的固体状态,从而保证了产出的乙醇浓度高、纯度好。
AFEX处理所得产品的成本还有下降潜力,可能会非常低廉。最近一项经济分析显示,如果生物质原料运送到工厂的费用是每吨50美元,AFEX预处理并同时采用被称为联合生物加工(consolidated bioprocessing,CBP)的高级酶处理法,纤维素乙醇的生产成本可以达到每加仑汽油当量1美元,并以每加仑汽油当量2美元的价格售出。
成本变化
成本决定了绿色燃料的发展速度,相比以石油、油砂和液态煤等石油替代物为原料提取的能源,“草油”也有一定的优势。首先,由于生物原料价格远低于化石能源,只要工厂建成并投入使用,运营成本就可以维持在极低水平。生物燃料将在本地生产,这有利于维护国家的能源安全,对环境的污染也比化石能源更小。
新的分析手段和计算机模拟技术,让研究者能够以十年前石油工程师根本无法想象的速度,建立更行之有效的生物炼制工艺。
生物炼制技术范文第3篇
[关键词]工艺 发展方向 问题研究
中图分类号：TE986 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0004-01
一、国内石油炼制技术现状及趋势研究
1.1 石油炼制工艺
目前我国石油炼制大致分为以下几类：原油蒸馏。利用减压或者是常压蒸馏的方法，将原油中多种沸点不同的组分分离成馏分。二次加工。此工艺是指由于从原油中得到的轻馏分是极其有限的，因此，大多数重馏分或者是渣油都应该进行深加工，从而得到更多种类的轻质油品。其中此工艺主要包含催化裂化、重整与焦化等，加工工程主要是进行化学反应。
1.2 石油炼制工艺分析
1.2.1 催化裂化工艺
通过使用硅酸铝等催化剂，将重质油进行裂化反应，从而将其分解成汽油、柴油等轻质的产品。此反应就是催化裂化工艺。催化裂化反应装置大致可分为三大类，即固定床、移动床以及流化床。但是，对于流化裂化反应来说，指的是将裂化反应与催化剂的再生呈流化状态进行，结合流化状态的基本特点，可以分成床层与提升管。
1.2.2 催化重整
重整指的是将分子结构加以重新排列与整理。对于催化重整工艺来说，指的是在铂催化剂的作用下，把汽油馏分的烷烃转变为芳香烃与结构不同的烷烃，从而得到高辛烷值汽油与苯类物质。目前，我国的重整工艺分为固定半床再生与移动床连续再生。
1.2.3 延迟焦化
焦化指的是将减压渣油以及二次加工的尾油加以深度热裂化与缩合的过程，除生成汽油、柴油等轻质产品外，还可以生成石油焦。而对于延迟焦化来说，必须要在加热炉中进行加热，再送到焦炭塔中生焦，以便进行生成[1-3]。
1.2.4 催化裂解
比催化裂化温度高，又比蒸汽裂解低得多的操作情况下，通过催化反应把重质油选择性的烈火城低碳烯烃的过程。此工艺是我国自主研发的，并且已出口，曾经荣获国家发明奖。在石油炼制过程中，将重质原料生产丙烯的催化技术得到学术界广泛的关注。现如今，通过大量的实践证明，我国拥有多套工业生产装置，有些技术已经出口到国外，可以说，石油炼制技术已趋于稳定状态，对石油行业的发展有巨大的影响。
1.3 石油炼制技术今后发展的方向
1.3.1 开发清洁汽油生产技术
现如今，我国汽油调和组分中汽油占有的比例偏高，通过重整或者是烷基化得到汽油的产量较低，这样一来，会造成成品汽油中高辛烷值占有的比例偏低，使得烯烃与硫含量过高。为了满足环保法对各种成分的要求，石油炼制行业任务非常艰巨，开发新技术的难度系数将更大，因此，我们应该从石油炼制的生产工艺、汽油组分、添加剂的使用等开发出适合我国国情的石油炼制技术。
1.3.2 清洁柴油技术
提高柴油烷值，降低柴油密度技术。以劣质原油为生产原料，生产出比较清洁的柴油技术，不仅要求提高柴油的烷值，而且还要降低柴油的密度，使柴油质量的收率超过95%，目前，已经广泛应用到工业生产中。中压加氢裂化技术，以蜡油作为生产原料，在中等压力作用下，使用加氢裂化技术将蜡油转变成轻质油产品，当前，也已经应用到石油工业炼制中。生物脱硫技术。降低柴油中硫的含量，通过利用加氢与生物脱硫技术可以实现，生物脱硫技术成为工业石油炼制发展的主要趋势，因此，我们必须进行深入的研究。
1.3.3 重油与渣油的转化技术
近年来，由于超重质原油的开发与资源的利用，对重油的开发和利用成为新世纪的主要能源，并且渣油炼制技术成为主要的炼制技术。其中，我们以加氢裂化技术为例进行研究。当前，开发成功的重质馏分油、催化剂、保护剂等得到了广泛推广；进一步研发高活性、低反应温度等优势的催化剂，改善加氢裂化反应装置，这样一来，确保反应装置可以安全可靠的运行下去；大大提高现有反应装置的产品运转率与负荷率[1-3]。
二、石油炼制中的催化剂问题研究
重质化的方向发展，石油中的碳氢比不断增大，然而市场中需求的石油产品主要以轻质油品为主，并且需求量在急剧增加，这就要求石油中的碳氢比必须有所下降。如何利用现有的石油资源满足市场不断增长的需求，现已成为石油炼制企业亟待解决的问题之一。经过人们大量的实践证明，催化剂对降低石油中的碳氢比有着十分显著的效果。为此本文就石油炼制中的催化剂问题进行研究。
2.1 催化裂化在石油炼制中的作用及地位
在石油炼制过程中，催化裂化是一项较为重要的加工程序，起着深度转化的作用，能够有效地提高石油炼制企业的经济效益。有经过常减压蒸馏处理以后，能够得到10%-40%的轻质油品，其中主要包括煤油、汽油和柴油，剩余的部分为残渣油以及种植馏分油，对于这部分油而言，如不经过二次深加工处理，其仅仅只能被当做重质燃料油及油原料。此外，随着近年来内燃机压缩比的不断提高，对汽油的辛烷值也提出了更高的要求，这也在一定程度上促进了催化裂化过程的发展。催化裂化是一种能够将重油、重质馏分油以及油渣等转化为汽油、柴油、气体、焦炭以及重质油的生产过程，前提条件是需要有催化剂的存在，并且温度要在460～530℃这一范围内，压力则为0.1～0.3M P a之间，然后经过裂解等化学反应，最后生成上述物质。通常情况下，催化化反应主要是在催化剂的表面完成的，通过分解反应生成柴油、汽油和气体等分子结构较小的产物，它们离开催化剂后则会进入到产品回收系统当中，而由缩合反应生成的焦炭，将会沉积在催化剂上，在这一过程中其活性会慢慢降低，为确保反应能够不间断地行，必须将催化剂表面上的积碳及时烧掉，以此来使其恢复活性，我们一般将这个过程称之为再生。
催化裂化的整个过程主要由反应再生、分馏、吸收稳定以及能量回收这四个系统完成，有些新装置中还设有油品精致系统。
2.2 导致催化剂失活的原因分析
催化剂根据功能通常含有以下三种组分：第一种是分子筛。该组分是催化剂活性的主要来源之一，一般采用的是H S Y；第二种是基质。其属于分子筛活性稀释剂，它的作用是能够有效地提高催化剂本身的机械强度，其中大孔活性基质可以增加油渣的裂化性能；第三种为助剂。用于改善催化剂的选择性、钒钝性、活性及捕获性。在实际生产过程中，经常会发生催化剂失活的情况。
2.3 石油炼制中加氢催化剂的具体应用
生物炼制技术范文第4篇
【关键词】石油炼制；污水处理；技术研究
引言
石油炼制过程中产生的污水成分复杂，污染物浓度高、毒性大且不易降解，会严重污染周围环境。随着人们环保意识的增强和我国水资源的日益短缺，各级政府、环保部门和科研机构、企业等对石油炼制工业污水处理工作越来越重视，不断给予资金和智力支持，希望解决这一问题，因此研究石油炼制工业污水的处理技术成为一项重要工作，一些污水处理的新技术、新工艺随之产生。
1石油炼制工业污水处理技术分析
在石油炼制过程中产生的工业污水，其污染成份和污染物含量是由原油品质和炼制工艺决定的，污水中一般都含有油、酚、COD、硫化物、氰化物等，而油的含量通常都很高。
污水处理首先要去除硫化物、氰化物和酚，这样才能使后续处理工艺的正常运转得到有效保证，然后再去除油，接着再降低COD等物质。含硫废水不仅会对大气环境造成严重的污染，还会影响废水处理构筑物的正常运转，因此首先要对含硫污水进行预处理。我国一般采用蒸汽汽提法对含硫废水进行处理，这种处理工艺的脱硫效果非常好，但是也存在很多缺点，例如，运行费用高，蒸汽消耗量非常大，每立方米废水需要使用蒸汽180至200千克，按每吨200元计算，每处理一立方米废水需要花费35至40元；投资较大，主要是把硫化液提炼成硫磺所需的机械设备价格昂贵，但是如果不把硫化液提炼成硫磺是不允许排放的；工艺复杂，不管是采用单塔式还是双塔式结构，其工艺都相当复杂，且后期操作管理也很费力。由于上述这些原因，很多企业即使上了这套设备，但都不能正常运行，或者说基本上处于不运行状态。因此对含硫废水机械预处理，我们建议中和沉淀法，这种方法是针对含硫废水的物理性质，采用合适的中和滤料进行化学反应，从而生成盐类而沉淀分离。采取这种方法可以使硫化物的去除率达到95%以上。废水的除油技术一般采取隔油池和气浮法，许多石化企业进行污水处理时，都选用这种工艺。去除污水中的COD一般采用生化法，降低BOD与COD的含量，去除SS等物质，进一步净化污水。通过上述这些工艺处理后的污水，其水质才能达到排放标准。
2选择废水处理工艺方案
污水处理工艺的选择要根据进出水量的大小和水质情况按照以下思路进行：
1）针对废水水质水量变化较大且成分复杂的特点，相应加大前端废水调节池的容量，让废水调节池充分发挥出均质均量的作用。
2）污水处理工艺采用物化法与生物法相结合的方式进行。
3）废水先要通过物化过程，从而大幅度降低污水中污染物的含量，主要是去除污水中高浓度的油污和悬浮物等，同时降低水中的有机物含量，这样能减轻下一步进行生物处理时的负荷。
4）废水在经过物化处理之后，再通过生物的方式进行后续处理，进一步降低污染物的含量，或改变其形态。采取这种工艺流程，工程造价低且后期运行成本不高，工作简单易于管理，占地面积也相对较小。
3污水处理工艺流程分析
1）首先对污水进行去油处理。废水流到隔油池中后，让浮油刮入污油收集池内，剩下的污水被提升至中和塔内进行中和反应，之后流入斜管沉淀池中，利用凝聚剂使污泥沉淀后进入污泥干化池中，上清液流入集水调节池。
2）污水流到格栅池中，由格栅拦截去除污水中的大颗粒悬浮物，这样是为了防止下一步进入调节池后，提升泵能够正常运转，而不受大颗粒悬浮物的影响。污水经格栅流入隔油沉淀池中，将浮油刮入污油收集池里，污水流到集水调节池内，调节污水的PH值，并对水质进行匀和。池底需要设置穿孔曝气管，以防止污泥发生沉淀现象。
3）匀质之后的污水被提升至气浮池中，然后投加凝聚剂来除掉污水中残存的油类和悬浮物，浮渣被刮泥机刮入浮渣池里，上清液流进厌氧池中，经过厌消化使污水中难降解和有毒有害的有机物水解酸化，将高分子有机物分解成低分子化合物，对于不溶解的有机物，需先经过厌氧水解酸性发酵，之后转化成可溶解的有机物，以利于后期进行生化处理。通过厌氧处理之后的污水，自流进入厌氧池中，厌氧池需设置半软性组合填料，这些填料是培养微生物的有效载体，主要降解污水中的有机物。
4）通过进行缺氧处理后，污水自流进入生化池内，生化池分成一级和二级，池中设置弹性纤维填料，池底辅设曝气设备进行充氧曝气，培养好氧菌并保证其生存繁殖，这是为了利用好氧菌对废水中的有机物进行消化分解，从而净化水质。生化池主要用来降解废水中的有机物，好氧菌具有硝化作用，能够将含氮有机物转化成硝酸盐亚和硝酸盐，实现氨氮的转化，二级池的硝化液可回流到一级氧化池中进行氨氮处理。
5）污水自流进入辐流沉淀池中，投加凝聚剂以实现固液分离效果，除去污水中残留的微生物及SS才能保证出水达到排放标准。COD去除率可达到75%，污泥被排入污泥浓缩池中进行厌氧硝化处理，而上清液则回流至集水池中进行再次处理，污泥脱水机对污泥进行脱水，之后送到垃圾填埋场处理或者进行焚烧处理。
6）通过辐流沉淀池处理之后，废水已经达到可以排放的标准，经过流量计计量之后排放掉。一部分由被提升到机械过滤器中进行过滤，然后进入活性炭过滤器进行过滤，进一步去除水的浊度、色度和悬浮物等，达到回收利用水的水质标准，进入回收池中并投入二氧化氯消毒液进行消毒杀菌。
4结论
石油炼制工业污水如果不经过处理直接排放，会严重污染周围环境，对人民群众身体健康构成威胁。建设污水处理站，并采用科学合理的处理技术将大大减轻污染程度，为国家、为社会、为人民带来利益，必将促进经济社会的可持续发展。通过分析比较我们可以发现，采用生化和物化相结合的处理工艺，对石油炼制工业废水进行处理的效果较好，工艺运行稳定，值得推广应用。
【参考文献】
[1]梁杰 石油化工工业废水处理工艺研究[J]城市建设理论研究2012，36，P618.13
[2]殷永泉等.石油化工废水处理技术研究进展[J]环境污染与防治，2006，28（5）：2～5
生物炼制技术范文第5篇
关键词：石油炼制废水；工艺研究；物化法和生物法
1 前 言
石油化工是以石油为原料，以裂解、精炼、分馏、重整和合成等工艺为主的一系列有机物加工过程，生产中产生的废水成分复杂、水质水量波动大、污染物毒性大、浓度高且难降解，对环境污染严重。随着水资源的日益紧张和人们环境保护意识的加强，政府、企业和环保科研等部门对石油化工工业污水治理方面投入大量资金，做了大量工作。石油化工废水的处理技术逐渐成为研究的热点，新的处理技术和工艺不断涌现，主要分为物化法、化学法和生化法。
2 炼油厂废水处理的主要技术
石油炼制废水中污染成份和含量取决于原油品质和炼制工艺，但大部份废水中，主要含有油、COD、酚、硫化物和氰化物，而且油的含量一般都很高。炼油废水处理第一是去除硫化物、氰、酚等，以保证后续处理工艺的正常运转，第二是除油，第三是去除BOD、降低COD，同时降低SS。
首先是催化、裂化工艺产生的含硫废水的预处理，由于含硫废水污染程度高，对废水处理构筑物的正常运转影响较大，而且还会对大气环境造成污染，因此首先要对高浓度含硫废水进行单独处理。
目前国内对含硫废水处理一般会采用蒸汽汽提法的工艺，该工艺确实对脱硫效果比较理想，但该工艺也存在不少弊病。
①该工艺运行费高，仅蒸汽消耗每立方废水需生蒸汽1.0MPa，180～200公斤，按200元/吨生蒸汽计，需35～40元/m3废水。
②投资高，经汽提后的硫化液，提炼成硫磺的设备投资相当高，如不提炼成硫磺是不允许向大气中排放的，而且废水中的硫化物含量对于回收价值相比较是极不合理的。
③工艺复杂，不易管理，不管采用单塔40-80式还是双塔式，都是一套较为复杂的工艺，操作管理极不方便。
该工艺由于以上诸多因素，目前有很多企业对该设备都不能正常运行或不行运，所以对含硫废水的预处理，拟选用中和沉淀法，该工艺利用催化、裂化工艺产生的含硫废水的特性，选用合适的中和滤料反应生成盐类而沉淀分离，硫化物去除率也可达95%以上；含油废水的除油技术，除油以隔油池和气浮法为主，该工艺在许多石化企业的污水处理工艺中选用，已是成熟的工艺；COD的去除，一般均采用生化法来去除BOD，降低BOD与COD的比值，去除SS等，达到污水净化的目的，通过以上工艺处理后的污水水质可以达到排放标准，且运行费用低、操作管理方便。
3 废水处理工艺方案的选择
根据进出水水量和水质情况，污水处理工艺的选择依照如下思路：
1）针对废水间歇排放，成分复杂，水质水量变化较大的特点，前端废水调节池池容相应放大，使其充分发挥均质均量的效果；
2）污水处理的总体思路采用物化法和生物法相结合的工艺；
3）废水首先通过物化过程，针对生物难降解污染物，使污染物浓度大幅度降低，减轻后续生物处理的负荷，主要去除进水中高浓度的油污、悬浮物和色度，与此同时能够降低水中有机物的含量；
4）废水经过物化处理后再通过生物处理全面降低污染物的含量或使其改变存在形态；工艺流程简捷、占地面积少、工程造价低、运行经济、便于管理。
4 工艺流程简述
1）含硫废水自流到隔油池，浮油刮入污油收集池，污水由提升泵泵入中和塔进行中和反应，中和反应后自流进入斜管沉淀池，投加凝聚剂，沉淀的污泥自流进入污泥干化池，上清液自流进入集水调节池。石油类去除95%。
2）含油、含盐及生活污水自流到格栅池，由格栅拦截留污水中夹带的较大颗粒的悬浮物，防止进入调节池后，影响提升泵的正常运转。污水经格栅井自流到隔油沉淀砂池，浮油刮入污油收集池，污水自流到集水调节池，调节池匀和水质，调节PH等。池底设穿孔曝气管，防止污泥沉淀。
3）经匀质后的污水由污水提升泵泵入气浮池，并投加凝聚剂，去除污水中残存的油类及悬浮物，（石油类≤3.0）浮渣由刮泥机刮入浮渣池，上清液自流进入厌氧池。
4）自流进入厌氧池后，通过厌消化，使废水中的难降解的有毒有害的高分子有机物水解酸化，分解成低分子化合物，一些不溶解的有机物经厌氧水解酸性发酵后，转化成简单的可溶解的有机物，提高污水的可生化性，有利于进一步生化处理。（挥发酚≤0.3；氰化物≤0.2；）。经厌氧处理后的污水自流进入厌氧池，厌氧池中设置半软性组合填料作为培养微生物的载体，该填料比表面积大，透气性好，可提高其去除能力，主要降解污水中的氨氮，降解有机物。（氨氮≤8）
5）经缺氧处理后的污水自流进入生化池。生化池共设二级，分成一级和二级生化池。生化池中设置弹性纤维填料，并在池底辅设曝气装置，进行充氧曝气，并培养好氧菌，促使好氧菌的正常生存和繁殖。利用好氧菌消化分解废水中的有机物，达到净化水质的目的（一级生化CODcr去除率70%，二级生化CODcr去除率75%）。该池主要针对废水中含碳有机物进行降解，并对污水中的氨氮进行硝化，生成CO2和H2O，在好氧菌的硝化作用下，可将大部份含氮有机物转化成亚硝酸盐和硝酸盐，从而达到氨氮的转化，将二级生化池的硝化液回流到一级氧化池进行氨氮处理。
6）经好氧池处理后的污水自流进入辐流沉淀池，并投加凝聚剂进行固液分离，去除废水中残留的微生物残核及SS，能保证出水达标排放。CODcr去除率75%。污泥由污泥泵排到污泥浓缩池，进行厌氧硝化，上清液回流到集水池进行再处理，污泥由污泥脱水机脱水后送到垃圾填埋场或送锅炉烧。
7）经辐流沉淀池处理后的废水已能达到排放标准，自流进入中间水池，经明渠流量计计量排放。一部份由污水泵提升到机械过滤器过滤，并自流进入活性炭过滤器。
8）经机械过滤器的截留和活性炭的吸附，进一步去除水中的色度、浊度、悬浮物等达到回用水水质的要求。自流进入回用水池，同时在回用水池中投加二氧化氯消毒液，达到消毒杀菌的目的。
5 结论
1）经方案技术经济比较，推荐采用以生化与物化相结合的处理工艺处理石油炼制废水，运行效果稳定可靠。
2）石油炼制废水未经处理排入水体，对水体和环境状况构成严重污染，危害人民身体健康，污水处理站的建设将减少企业污染物的排放总量，并减轻地表水及地下水的污染，可更好的执行国家有关环境保护要求，对促进地方经济建设，促进企业的经济建设的可持续发展，将产生显著的社会环境效益和经济效益。
参考文献：
[1]梁杰 石油化工工业废水处理工艺研究[J]城市建设理论研究2012，36，P618.13
[2]殷永泉等.石油化工废水处理技术研究进展[J]环境污染与防治，2006，28（5）：2～5
生物炼制技术范文第6篇
此次中国石化自主研发的1号生物航空煤油以餐饮废油为原料，试飞前进行的台驾试验就表明这一生物航煤各项指标都优于普通航煤，特别是安全性能突出。让国人头痛不已的地沟油变身航空燃油上天的消息迅速引起网民关注。众所周知，长期以来，地沟油饱受社会诟病，也是老百姓最关注的健康问题之一，但是地沟油始终未能有效治理，至今仍然有大量地沟油充斥着食用油市场，毒害老百姓的身体健康。
《凤凰网》曾做过一个“万吨地沟油流向餐桌”专题，可见我国地沟油产量惊人。如果废弃油都能“上天”，既能使地沟油远离中国人的餐桌，也同时生产出清洁的生物燃料供给航空业，提升其环保性。这对中国的政府、老百姓、餐饮安全和航空业来说，都是共赢的。
如何推动国产地沟油让天，笔者认为关键是需要政府出台政策导航。
一是政府要及时出台扶持和奖励将地沟油提炼成航空生物材料的科研项目，推动地沟油炼制成航空生物材料技术的进步。地沟油炼制航空生物材料技术在世界层面已经成熟，但是在国内还不是特别成熟，至少这种将地沟油炼制成航空生物材料的能源企业还特别少。同时，还要加大现有科技成果的转化力度。
二是政府要出台严厉的地沟油回收制度。组织科研机构及设计单位制定规范餐厨废弃油脂收集运输相关技术标准，规范收运和资源化处理体系建设。政府首先从源头“管控”。“管控”的政策重点是餐饮企业，目的是不让厨余废油流入非法商贩手中或者下水管道；其次是“疏导”，创造合法产业链，利用市场机制处理厨余废油。
三是政府对于将地沟油提炼成生物材料的企业给予政策扶持，既可以给予减免税收的优惠政策，还可以对采购地沟油原料给予一定的补贴，降低地沟油上天的经营成本，以保障地沟油上天的利润，缩小地沟油上天与地沟油上桌之间的利润差，从而提高企业收购地沟油材料的价格，增强餐饮企业将地沟油销售给提炼地沟油为能源材料企业的积极性。
生物炼制技术范文第7篇
1发酵抑制物解除策
抑制物解除的基本策略按照处理对象的不同，可以分为3种：木质纤维素物料脱毒、抑制物耐受菌筛选和过程控制优化。
1.1木质纤维素物料脱毒木质纤维素物料脱毒是指针对酸解、碱解、汽爆等预处理后的物料，通过一定手段，去除抑制物的过程。目前木质纤维素物料脱毒策略大体上可以分为物理法、化学法和生物法预处理3大类。物理法是直接去除水解液中的有毒物质，而化学法和生物法在于将有毒物质转化为无毒物质。目前，文献已报道的物理法包括水洗法、蒸发法、吸附法、萃取法、离子交换法、电渗析法等。水洗法常用于去除汽爆预处理产生的可溶性发酵抑制物[9]。蒸发法是一种简单地去除预处理水解液中乙酸和糠醛等挥发性抑制物的方法[10]。萃取法则是利用糖类与抑制物在萃取剂中溶解性的不同，用溶剂将抑制物从发酵溶液中分离出来，如采用乙酸乙酯萃取可以去除木质纤维素水解液中56%的乙酸和所有的糠醛、香草醛和4-羟苯甲酸[11]。吸附法主要利用树脂和活性炭具有的较强的吸附能力，去除水解液中的抑制物。一般地，脱毒的效果依次为阴离子交换树脂>中性树脂>阳离子交换树脂[12]。在碱性条件下，阴离子交换树脂能有效地去除阴离子和中性抑制物。活性炭对抑制物的去除效果受抑制物性质、水解液pH、处理温度和时间以及活性炭浓度的影响[13]。电渗析是将阴阳离子交换膜交替排列于正负电极之间，用特质的隔板将其隔开，组成淡化和浓缩两个系统，在直流电源的作用下，以电位差为推动力，利用膜材料的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶质的分离、浓缩、精制和提纯。双极性膜是一种新型的离子交换复合膜。它由阳离子交换层(N型膜)和阴离子交换层(P型膜)复合而成，在直流电场的作用下将水离解，在膜两层分别得到氢离子和氢氧根离子。双极性膜电渗技术目前已经应用于酸的生产和回收工艺[14-15]。化学法主要是通过加入化学试剂使水解液中的抑制物形成沉淀或者通过调节pH使抑制物解离以去除毒性化合物的方法。目前应用最广泛的是1945年Leonard和Hajny[16]报道的过量碱法(Overliming)，即先向预水解液中加入Ca(OH)2，调节pH到9−12，使抑制物沉淀，经过离心后再向得到的上清水解液中加入稀硫酸，调节pH到5.5。生物法是指利用酶或者微生物的降解作用以达到改变抑制物结构、降低毒性的方法[17]。生物法可分为酶处理和微生物处理。由于酶具有专一性，所以酶处理只能去除特定的抑制物。漆酶对酚类化合物的去除作用是明显的，但对于乙酸、糠醛和羟甲基糠醛无去除作用[18]。灰盖鬼伞担子菌CoprinuscinereusIFO8371生产的过氧化物酶在H2O2存在的情况下，可以将香豆酸、阿魏酸、4-羟基苯甲酸、香草醛、紫丁香醛、香草酸6种化合物转化成高分子量化合物，从而提高拜氏梭菌Clostridiumbeijerinckii利用木质纤维素水解液发酵丁醇的性能[19]。微生物脱毒指的是利用丝状软腐菌Trichodermareesei等微生物，去除水解液中乙酸、糠醛和安息香酸衍生物等的方法。例如，利用丝状软腐菌处理蒸汽爆破预处理过的柳树半纤维素水解液，乙醇的产率可以提升3−4倍[20]。不同抑制物去除方法的优缺点对比见表1。
1.2抑制物耐受菌选育物理、化学或生物等脱毒方法只能部分去除纤维素水解液中的抑制物，无法完全克服抑制物对宿主细胞的毒害作用，并且生物脱毒的费用一般占到总投入的30%−40%，几乎是木质纤维素生物转化过程中投入最大的一项工序，使得诸如丁醇等发酵产物进一步降低了自己在同类产品中的竞争力[21]。因此，从发酵微生物本身出发选育高耐受的菌株，则成为解决底物抑制物问题的另一种有效方法。根据育种方式的不同，可以分为传统诱变、代谢工程和合成生物学。传统诱变是指通过一些强烈的化学诱变因子，如甲基磺酸乙酯(EMS)、亚硝基胍(NTC)、丙烯醇等，以及紫外线等物理诱变条件对出发菌进行诱变以获取抑制物耐受菌株的方法。由于单一的诱变方法具有菌种性状不稳定、突变方向随机等缺点，最近几年的研究多集中于复合诱变和菌种驯化。复合诱变是指利用多种诱变剂同时或者依次对出发菌进行处理。诱变剂的复合处理有一定的协同诱变效应，能增强诱变效果，并能将多种优良性状集中于同一菌株[22]。驯化是指让细胞长期在某一环境下生长，使其能够适应并具有良好性状的进化过程。驯化是在对机理知识理解不足的情况下获得具有目标特性菌株的有效方法。丁明珠等以酿酒酵母为出发菌种，通过紫外诱变结合驯化的方法筛选出1株对于糠醛、苯酚和乙酸都有很强耐受能力的菌株[23]。Keating等[24]利用糠醛、5-羟甲基糠醛和乙酸溶液对酿酒酵母进行驯化，得到了一株在纤维素水解液中具有良好发酵效果的酵母菌株。Liu等[25]也利用驯化的方法得到了能耐受糠醛的酵母菌株，从而实现了对纤维素水解液中糠醛抑制物的原位脱毒。分子生物学技术的发展，使得产溶剂梭菌代谢工程改造成为了可能，外源基因和调控因子的引入，使代谢工程有别与传统意义上的菌种改造。利用重组技术调控细胞中酶反应、优化代谢物的转化与转运，可以有效增强宿主细胞对于抑制物的耐受能力。杨雪雪[26]对酿酒酵母同源二倍体单基因缺失株文库进行筛选，经过初筛、复筛、验证等步骤，得到了163个糠醛抗性相关基因，并成功构造出双倍体单基因缺失株siz1/siz1，dep1/dep1，sap30/sap30和单倍体单基因缺失株siz1，dep1，sap30菌株，其对10mmol/L糠醛的抗性比各自相应的野生型菌株要高出100倍。Li等[27]利用酵母全基因组表达谱芯片，研究了酿酒酵母在转录组水平上对糠醛和醋酸的代谢响应，发现增强HMG1基因可以提高胞内糠醛的转化效率，从而增强菌体的耐受能力。Gorsich等[28]通过对酿酒酵母单基因突变体库的筛选找到62种与糠醛耐受性相关的基因。过表达其中的葡萄糖-6-磷酸脱氢酶基因ZWF1后，酿酒酵母可以在高浓度的糠醛下生长，这可能是因为过表达ZWF1使得葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的活性增加，为糠醛还原酶或依赖NADPH的胁迫应激酶类提供了更多的还原动力(NADPH)，进而提高了菌体耐受性。目前为止，所得到的各种抑制物耐受菌大多是通过驯化或者传统诱变筛选得到的。由于抑制物对于宿主细胞的抑制机理还不明确，很难通过定向设计获得具有高耐受性的菌种。因此，深入了解水解液中抑制物与细胞的相互作用关系，揭示细胞的脱毒机制，进而定向改造菌株，是当前代谢工程亟待解决的问题。
2新型抑制物解除工艺传统预处理方法
[29-31]、菌种改造[24]等方法，对于突破木质纤维素抑制物瓶颈、实现木质素产业化生产是必不可少的[32]。但它们只专注于单一的技术突破，忽略了木质纤维素本身所具有的结构特点[33]。实际上，木质纤维素独特的组成特点，可以为我们提供新的研究思路[34]；基于此，陈洪章课题组提出了“源头降低抑制物——纤维素木质素分级转化”炼制模式，为木质纤维素的开发和利用，探索出了一条全新的工艺路线；并在此基础上，进一步提出了“原位脱毒——发酵促进剂设计技术”，它们共同组成了当前最新型的抑制物解除工艺。
2.1源头降低木质纤维素抑制物的分级转化炼制工艺木质纤维素原料具有结构复杂、不均一的多级结构。从细胞组成上，可以分为纤维状的纤维细胞和杂细胞(包括导管、薄壁细胞、表皮细胞等)。纤维细胞木质素含量较高，具有较发达的次生壁，因此厚度较大。薄壁细胞腔大、壁薄、长度短，其成分主要为纤维素[35]。由于结构和形态上的差异，这两类细胞所要求的预处理条件也是不同的[21]。纤维细胞，细胞壁木质化程度高，结构致密，受热过程中传质热阻力大，且不易被撕裂；薄壁细胞，壁薄而腔大，即有利于传质传热，有利于水蒸气闪蒸对其物理撕裂。因此，针对不同组织细胞分别优化处理条件，开发出了二段汽爆分梳技术。其具体的工艺过程如下：1)将汽爆压力控制在0.5−1.0MPa、维压1−10min，对秸秆原料进行第一段蒸汽爆理。2)通过气流分级装置，将第一段汽爆物料进行分级，得到薄壁组织和纤维组织。薄壁组织可以直接用于纤维素发酵。3)将分梳得到的纤维组织在压力为1−1.5MPa、维压时间为1−10min条件下进行二段蒸汽爆理。二段汽爆分梳工艺，不同于传统所指的二段汽爆工艺，前者采用较温和的汽爆条件进行第一段汽爆，通过气流分梳装置将第一段物料(薄壁细胞)分级，得到薄壁组织和纤维组织，再将纤维组织在适当的条件下进行第二段汽爆。该工艺可以实现纤维素组分的有效分离，即能保证纤维组织达到较好的预处理效果，提高纤维原料的酶解效果，又能避免薄壁细胞的过度降解，从源头控制了抑制物的产生，减少了脱毒单元操作的引入，简化了工艺。在二段汽爆以后，将汽爆后的秸秆渣送入1.2m3酸水解罐中，同时加入0.3%−0.5%的稀硫酸，物料和稀硫酸的体积比控制在1∶5−1∶7，在110−120℃的温度下水解0.5−1.0h，然后利用螺旋挤压机将水解液中的液体和固体分开，分别得到水解液和水解渣。水解液主要成分为非半纤维素，水解渣中主要为木质素和纤维素。继而采用2%的碱液提取残渣中的木质素，提取率可达96%，随后利用逐级酸性沉淀(pH5−2)分级木质素的方法，可以制得小于6kDa，6−10kDa，10−20kDa和大于20kDa等不同分子量范围的木质素，用于不同功能原料的开发。本课题组的研究发现，汽爆秸秆酶解液中并不存在糠醛、5-羟甲基糠醛与乙酸的抑制问题，而汽爆秸秆木质素降解物才是抑制丁醇发酵的主要原因[36]。由于从源头去除了木质素对于半纤维素和纤维素发酵的干扰，发酵液中的抑制物种类较少，浓度较低，经过简单脱毒(5%−10%的活性炭吸附室温下处理8−12h)，即可用于正常的丁醇发酵。基于以上重大技术突破，组建出与其技术相配套的自主加工的工业化装置系统，完成了年产600t秸秆丁醇中试实验。所建立的技术工艺在中国吉林省松原市成功用于“30万t/年秸秆炼制”产业化生产。该生产线将为秸秆作为工业原料生产能源、材料和化学品提供新的思路和产业化示范。该工艺有以下几个特点：1)可以从源头降低抑制物的产生，简化了操作工序，降低了预处理的成本。2)通过组分分离，保证了发酵底物的纯度，提高了溶质的传质速率和酶的接触面积，提高了发酵效率。3)实现了秸秆全组分高价化经济全利用，通过经济分摊，增加了木质纤维素的经济竞争力。本实验室所提出的“源头降低抑制物——纤维素木质素分级转化”炼制模式，为木质纤维素发酵抑制物的解除及木质纤维素开发利用提供了全新的技术路线。
2.2基于木质纤维素发酵特点的过程强化工艺从发酵微生物本身出发，通过增加发酵液殊的物质，来提高微生物细胞对抑制物的耐受能力；或者选育出能够耐受木质纤维素水解液中各种抑制物，并具有较高发酵性能的微生物，以达到脱毒的目的，这种方法通常被称为抑制物的原位脱毒。在木质纤维素发酵过程中，往往微量级别(mg/L)的“特殊物质”，就可以实现目标产物发酵效率的成倍增长，具有巨大的开发价值。这些“特殊物质”称为发酵促进剂，大多数属于电子穿梭化合物，即具有多种氧化态和还原态的物质。它们在细菌代谢过程中扮演着重要的角色。外源添加这种电子穿梭化合物，可以改变胞内的电子流向，提高电子传递速率，进而理性调控生物胞内的能量状态和生理状态，提高菌体的耐受性和目标产物的合成能力。常见的电子穿梭化合物，包括中性红、亚甲基蓝、联苄吡啶、二磺酸蒽醌、Fe(OH)3和甲基紫精等。二磺酸蒽醌常用作腐殖酸的类似物，用于研究醌类物质在电子传递中的作用。外源添加还原性的二黄酸蒽醌可以改变Clostridiumbeijerinckii的代谢模式，提高H2的产量。Fe(OH)3是最常用的氢氧化物，在厌氧发酵中是良好的电子载体；甲基紫精同铁氧化还原蛋白的电势相似，可以参与一系列生化反应过程中的电子传递过程，通过铁氧化还原蛋白-NAD还原酶增强NAD(P)+的电子流。1979年，Hongo等[37]首次提出了“电子能方法”(Electroenergizing)的概念，他们向黄色短杆菌Brevibacteriumflavum菌发酵液中添加中性红(电子载体)，发现谷氨酸的产量明显提高，而且从阴极传递的电子几乎全部被宿主细胞吸收。遗憾的是，他们并没有深入研究这些电子如何进入生化代谢途径。Yarlagadda等[38]通过外源添加甲基紫精，使得Clostridiumsp.BC1的乙醇和丁醇产量分别提高了28倍和12倍，同时菌体对于丁醇等物质的耐受性明显提升。Liu等[39]认为这些物质与胞内的NADPH/NADP+和NADH/NAD+总比例有着直接的联系，NADPH/NADP+和NADH/NAD+总比例是主导胞内代谢状态的最主要因素。生物信息数据库KEGG中包括855和1064个氧化还原反应，分别有106和88种以NAD+和NADP+为辅因子的酶催化反应(到2012年10月为止)，几乎涉及所有细胞骨架类化合物的构建(如氨基酸、脂类和核酸)。通过改变胞内NADH的水平可以实现胞内代谢流的调控，提高目标产物的产量，增强菌体的抑制物耐受性。遗憾的是，目前对于发酵促进剂的研究，主要集中于抑制物耐受机理的阐明，实验过程中多采用合成培养基，而实际生产方面的应用几乎没有开展。基于此，我们率先开展了电子载体物质、氧化还原物质与木质纤维素抑制物原位脱毒关联性的研究，利用秸秆水解液进行了实验验证，取得了良好的发酵结果；首次提出了“发酵促进剂设计技术”理念，综合运用前体工程、理论化学、计算化学和计算机辅助模拟等手段，构建出促进剂开发平台技术，为传统的发酵工艺提出了新的研究思路。其主要内容为：首先，运用组合化学手段，对已有的发酵促进剂进行归类分析，获取其决定作用的“母核”，然后运用虚拟组合库进行大通量筛选。虚拟组合库主要出自3个来源：一种是基于分子片段的直接枚举而产生的新的分子库；一种是基于反合成分析原理的片段化及重组而产生的新分子库；另一种是基于分子构象叠合和遗传算法中的杂交原理的分子重组而产生的新的分子。目前，已经成功完成了系列产品的研发，即将进行实际发酵的生产验证。
3展望
发酵抑制物制约着木质纤维素的发酵效率，是木质纤维素生物炼制的主要瓶颈。现有的物理法、化学法、生物法等方法，只适用于特定抑制物的去除，而且投入成本较高，难以实现木质纤维素的大规模发酵。随着抑制物耐受机理研究的日益深入和以合成生物学为代表的菌种改造技术的成熟，抑制物耐受菌株的理性构建将成为可能，同时发展“高效、清洁、低成本”的抑制物解除工艺，必将助力于木质纤维素的大规模生产。笔者认为，充分结合原料的结构特点，发展“分级转化”炼制模式，从源头降低抑制物的产生，将是今后木质纤维原料预处理的发展趋势。“分级转化”炼制模式为木质纤维素的产业化提供了全新的思路和工艺“范本”，将对生物质炼制产业的发展起到推动作用。
生物炼制技术范文第8篇
案情破获始末
2011年3月，浙江宁海警方接到群众举报，发现当地有人利用餐厨垃圾等原料炼制地沟油。3月28日至30日，宁海警方采取行动，先后抓获专门收购、粗炼地沟油的黄长水等六名犯罪嫌疑人。
“我原来是收废机油的，后来才改做地沟油生意……我收的地沟油后来卖给山东济南的格林生物能源有限公司，他们说是要拿去做饲料油。”黄长水说。
这家格林公司真的是拿去生产饲料油吗？黄长水透露的一个情况引起了警方的关注――格林公司的采购员在采购时要测“酸价”。警方据此判断，格林公司有用地沟油生产食用油的重大嫌疑。
在宁海县看守所里，格林公司实际经营者柳立国依然言辞闪烁。“我们原准备用地沟油生产生物柴油，但生物柴油没有销路，我们才改为生产饲料油――我们厂没有生产饲料油的资格证，这样生产属于超范围经营。”柳立国避重就轻地说。
然而，格林公司真的只是“超范围经营”生产饲料油吗？侦查发现，这家工厂戒备森严，工作人员行动诡秘，往往在凌晨把原料油运进来，再把成品油运出去。厂区上空飘散着生物柴油厂所不该有的油香味，厂区周围安装了铁丝网和密集的闭路监控，采购、生产、销售等不同环节的人分工严格，互不知晓。警方判断里面肯定有名堂。
更令人生疑的是，该公司还采取了一些反侦查措施。6月2日早上，该公司一辆运货车驶出厂门，宁海民警洪聚峰开着一辆当地牌照的普通轿车尾随跟踪。但洪聚峰很快就发现，还有一辆轿车跟在自己后面。紧接着，运货车没有直接上高速，而是绕城区兜了一个圈子。当他们发现洪聚峰驾驶的车辆也跟着兜圈子时，后面的轿车上前超车，企图通过制造交通事故来判断洪聚峰的意图。
后来，柳立国在接受审讯时交代，每次运货都会派一辆车跟着，把运货车护送到高速路口才返回。由此可见，作案方“警惕性”之高。
浙江省宁波市公安局副局长王伟标介绍，犯罪嫌疑人为避讳地沟油这一“不雅”称谓，对深加工时的油称为“毛油”，出厂后称为“红油”，销售时称为“米糠油”“棉籽油”；应付政府监管部门时，则称为“饲料用油”。
案件背后折射三大问题
地沟油案件看上去链条清晰，实际上，由于环节众多，而且不同环节在“罪与非罪”上界限又不太清晰，这给警方的侦查带来了不少困难。这起案件的成功侦破，是各警种密切合作、区域警务合作、公安机关与行政主管部门合作的成功典范，对全国公安机关进一步打击“地沟油”等食品安全犯罪有着重要意义。
警方掌握的大量证据充分证明，用地沟油炼制食用油的工艺流程仅是简单的物理分离。而此前一些专家称“用地沟油炼制食用油技术工艺复杂，一般人难以掌握，且炼制费用昂贵、得不偿失”，是不符合事实的误导。
除此之外，本案背后更折射出我国在地沟油监管机制方面存在的三大问题。
一是标准缺失。从外观、色泽上看，用地沟油炼制的食用油与正常的食用油很难区分。现在国家对地沟油并没有一个明确的认定标准，如果只是按照现有的食用油标准，甚至能得出地沟油符合标准的荒谬结论。
二是监管不力。在警方侦破的这起地沟油案件中，从掏捞、粗炼、倒卖、深加工、批发到零售等各个环节，都没有看到有关行政执法部门的身影……结果，涉及多个环节的地沟油犯罪就成了监管盲区。
三是出口不畅。只要有餐厨垃圾就会有地沟油，地沟油原本可以作为生产生物柴油等化工品的原料，但由于生物柴油不好卖，加油站不收等，均导致出口不畅。
公安部治安管理局副局长徐沪建议，国家应尽快出台针对地沟油炼制食用油检测标准，并对真正用地沟油生产生物柴油的企业给予政策支持。
生物炼制技术范文第9篇
皖西学院生物工程专业的培养方案规定，本专业培养学生具有合理的知识结构、良好的人文素质、较强的实践能力和创新精神，能够在植物细胞工程与技术、生物质能源工程、植物天然产物开发与应用技术、蛋白质与酶工程、微生物发酵工程以及其它生物技术与生物工程类企业的管理、生产、质检、销售岗位就业的应用型人才。为了使该培养方案得到实施，相应的课程体系组成为：公共基础课程、高等数学、大学物理、大学物理实验。学科基础课程：专业概论（导论）、无机及分析化学、有机化学、物理化学、基础化学实验、仪器分析、工程制图、化工原理、化工原理实验、普通生物学（分动植物部分和细胞分子遗传部分）、普通生物学实验、微生物学、微生物学实验、生物化学、生物化学实验、生物统计与实验设计、文献检索与科技论文写作。专业核心课程：植物生物技术、植物天然产物开发、微生物发酵工程、蛋白质与酶工程、生物质能源工程、生物工程综合实验。
2生物工程综合实验课程模块化设置
生物工程综合实验根据专业核心课程的设置分为5个模块，即植物生物技术实验模块、植物天然产物开发实验模块、微生物发酵工程实验模块、蛋白质与酶工程实验模块、生物质炼制实验模块。根据上述5个模块，遴选相应实验项目，编写特色明显的实验指导教材。
2.1植物生物技术实验模块
植物生物技术实验具体安排如下6个项目：（1）植物组培实验室设计和实验设备、实验用品认知；（2）MS培养基母液的配制；（3）MS培养基配制、灭菌与分装；（4）外植体分化生长的诱导培养；（5）外植体脱分化生长的诱导培养（6）组培苗的炼苗。教学目的：掌握母液的配制方法；掌握培养基配制的步骤和灭菌方法；掌握不同材料（外植体）的消毒和接种方法；掌握获取愈伤组织的方法；通过本实验加深对几个基本概念（植物细胞全能性、分化、脱分化、再分化、愈伤组织、炼苗等）的理解。可执行性分析：依托“植物细胞工程安徽省工程技术研究中心”和“安徽省植物生物技术实训中心”两个平台，借助一整套成熟的植物组培技术和实践经验丰富的指导教师团队以及诸多的产学研合作基地，能够很好地将植物组织培养技术传授给学生，并付诸于实践。
2.2微生物发酵工程实验模块
微生物发酵工程实验具体安排如下4个项目：（1）固定化酵母细胞的制备；（2）固定化酵母细胞发酵制酒及其影响因素分析；（3）蜡状杆菌液体发酵产果胶酶；（4）啤酒生产。教学目的：学会制备固定化酵母细胞，并利用固定化酵母细胞进行酒精发酵；了解菌种的制备及其质量检测，学会使用二联发酵系统并进行规模发酵；学会使用圆柱露天锥形发酵罐发酵生产啤酒。可执行性分析：项目（1）、（2）属于研究性实验，根据实验指导书和文献资料的查阅，学生们能独立完成；项目（3）、（4）属于综合性实验，应用性极强，能激发同学们的兴趣，学生们通过课前查阅资料，带着问题进入实验室，在老师的指导下，自己动手操作，以期达到预期目标。
2.3蛋白质与酶工程实验模块
蛋白质与酶工程实验具体安排如下5个项目：（1）SDS-PAGE；（2）5-12%SDS-PAGE；（3）抗血清制备；（4）Westernblot；（5）猪血中超氧化物歧化酶（SOD）的分离纯化及活力测定。教学目的：学习SDS-PAGE测定蛋白质分子量的原理；掌握SDS-PAGE电泳的操作方法；了解抗血清制备的基本原理；掌握抗血清制备的操作步骤及方法；掌握应用Westernblot检测抗原及蛋白水平表达等；掌握SOD的分离纯化及活力测定。可执行性分析：5个实验的开设不仅让学生们掌握了基本的实验操作技能，而且为学生们更高层次的深造打下了坚实的基础，同时也推动了“皖西学院抗体制备及其质量检测中心”的可持续发展，加强了产学研项目的深入合作，师生共赢，校企共赢。
2.4植物天然产物开发实验模块
植物天然产物开发实验具体安排如下4个项目：（1）植物色素的提取、性质及稳定性：（2）黄酮类物质的提取、分离和性质；（3）植物多糖的提取、分离和性质；（4）油料作物中油脂的提取、精制和有关性质。教学目的：了解植物色素、黄酮类物质、植物多糖和油料作物中油脂等物质的提取方法、提取过程，学会运用单因素实验、正交实验等实验方法优化目标物质提取的最优条件，并通过提纯目标物质，研究其理化性质或生物活性。可执行性分析：植物天然产物开发涉及的范围较广，生物工程教研组根据实际情况开设了以上4个项目，其中第1个项目是我们开设的传统项目，后3个项目与我们教师的科研课题密切相关，是我校研究的优势项目，实验条件优越，仪器设备齐全，能够达到教学和科研的优势互补，教学相长。
2.5生物质炼制实验模块
生物质炼制实验具体安排如下4个项目：（1）了解生物工程企业生产环境及生产技术原理；（2）比较不同生物工程行业废水检测方法；（3）熟练掌握废水BOD和COD的检测原理与方法；（4）利用农林废弃物进行生物质炼制提取木质素。教学目的：使学生了解相关生物工程企业的生产流程、生产技术原理、下游废水排放达标要求以及最重要的排放物生产过程检测方法，加强对生物生产和管理的达标排放的认识，同时学习相关检测方法。可执行性分析：我校生物工程专业在第五学期有2个月的企业实习，学生们根据兴趣进入相关企业，结合专业特点，学生们有选择的进行实习、实训，了解生物工程行业的进展和前景；另外借助校级“生物质炼制科技创新平台”，学生们能掌握废水BOD和COD的检测原理与方法，初步利用农林废弃物进行生物质炼制提取木质素等实验技能。
3生物工程综合实验课程的实施
3.1开设开放式实验
改大班集中实验为小组分散循环实验教学，由于发酵罐、啤酒发酵系统、气质联用仪、液相色谱仪、原子吸收光谱仪等实验设备台套数少以及组培室等实验场地的限制，又由于实验内容的需要，在操作上要求连续，在实际教学时就必须改变原来大班上课状况，只有将学生分散，以小组的形式进行训练，采取学生循环而实验项目固定的循环实验教学方式，才能最大限度地提高实验设备和实验场所的利用率。同时，建立生物工程专业综合实验操作训练的音视频、试题库等，完善实验用多媒体教室以及仿真实验室的建设。
3.2开设自主设计性实验
高等教育的目标是培养素质高、能力强的创新人才，如何实现“能力为重”的战略主题对高校创新人才培养提出新的要求。提高本科生的动手能力和创新意识一直是实验教学改革的主题。在自主设计性实验中，老师给出实验项目名称，学生们查阅资料，设计实验方案，然后与指导老师讨论实验方案的可行性，对无法实施的方案，老师给予适当的指导后重新设计，对可行方案进行讨论修改。在实验方案设计可行的情况下，学生们进行实验操作，观察现象，记录实验数据和实验结果，并对结果给予分析，撰写实验报告，准备ppt进行实验汇报。经过近3a的自主设计性实验的开设，学生们独立动手能力和创新思维能力得到了培养和提高，也大大激发了同学们自主学习的兴趣。
3.3开设研究性实验
充分发挥我院教师科研能力强的优势，将教师的科研成果引入教学，将科研课题转化为实验教学内容，把科研成果转化为实验项目，将科研设备开放于实验教学。既能让学生参与到教师的科研中去，培养学生科研的兴趣，又能在教师的带动下培养科研的思维。
3.4走进工厂，实地参观学习
诸如啤酒发酵实验、植物组培实验等，我们带学生深入企业，深入一线，实地参观学习。不仅加强了学生们理论联系实际的能力，同时让学生们了解实验开设的必要性和实用性，增强学生们实验的目的性。生物工程综合实验模块化的实施赋予了本实验课程新的实验内容。通过实验，学生们不仅获得系统性的实验操作训练，培养了独立动手能力和创新思维能力，而且也对相关专业方向有了系统性的认识，减少了学习理论知识的盲目性。
生物炼制技术范文第10篇
【关键词】石油炼制设备；腐蚀；防治措施
0.前言
现如今，我们在开采与炼制石油时会经常用到多种机械加工设备，然而，因设备长期处于非常恶劣的环境中或者是缺乏一定的保养等因素，常常会在使用过程中出现设备被腐蚀的现象，此现象既破坏了石油炼制设备，又使石油的生产率大大降低，甚至还会污染附近的环境。本文主要对石油炼制过程石油化工设备的腐蚀问题进行了深入的探讨和分析，从未为石油的炼制与生产提供一定的参考借鉴，有效避免此类问题的出现。
1.石油中腐蚀介质对炼制设备的腐蚀
1.1无机盐腐蚀
在石油开采过程中，尽管已经进行了脱水处理，但是，在石油中还会存在一定水分，进而和石油相结合，产生乳化现象。由于水分中还含有少量的无机盐，如：氯化镁、氯化钠等，因而，在炼油时，水分中的无机盐会受热分解为腐蚀性极高的氯化氢与硫化氢气体，然而，这两种酸性气体会随着水蒸气共同从塔顶溢出，进而在冷却时，就会形成PH值较低的酸性溶液，此时酸性溶液会腐蚀塔顶的冷凝冷却系统。
1.2硫化物腐蚀
在石油中，必然会存在一些硫化物，如：硫化氢、硫醇等，在常温常压下，硫化物对石油炼制设备的腐蚀情况并不是非常的明显，然而，当温度在350摄氏度时，硫化氢对石油炼制设备的电化学腐蚀比较严重，如果温度继续升高，硫化物活性越来越强，其腐蚀破坏性也越来越强，此现象通常发生在减压、热裂化等装置中。
1.3氮化物腐蚀
在石油中还含有一定量的氮化物，通常都是以吡咯或者是衍生物的形式存在石油中，在石油加工过程中，氮化物会发生一定的化学反应，从而生产氨气和氰化物。这两种物质在第二次加工装置的蒸馏塔顶和水相混合，生产了具有阴阳离子的电解液，这样一来，使石油炼制设备容易出现电化学腐蚀，除此之外，硫化氢和氨反应会加剧对炼制设备的腐蚀性。
1.4水分腐蚀
石油在加工过程中，会引入大量水分，如在分馏塔、冷却系统等都会引入很大水分。水分是设备腐蚀的主要环境，同时，谁也是电化学反应的主要成分，因电化学腐蚀，常会使系统和设备发生破坏。除此之外，水分还会使冷却系统的水管生锈，造成不稳定的腐蚀形态。
2.外界环境对炼制设备的腐蚀
2.1水蒸气腐蚀
在自然界的空气中会含有一定量的水蒸气，通常情况下，不会腐蚀石油炼制设备，然而，如果周围环境的湿度增高时，水蒸气在设备表面冷却为液态水，进而产生一层水膜，尤其是在炼制设备的低凹处容易形成水膜。此水膜会溶解空气中的酸性气体，进而发生电化学腐蚀，腐蚀炼制设备。
2.2氧气等活性气体的腐蚀
金属有较强的化学性，因此，长期暴露在空气中，和空气中的氧气等活性气体反应形成一层金属氧化膜，虽然可以起到保护金属的作用，但是，在化工生产环境中，周围空气中的酸性其它较多，然而，这些酸性气体又会破坏金属氧化膜，和金属接触发生化学反应，进而腐蚀石油炼制设备。
3.石油炼制设备腐蚀的防治措施
3.1设计炼制设备时要充分考虑防腐蚀性
防腐蚀措施要在石油设备的设计阶段就要充分考虑到这一点。在设计阶段，重点研究源于设备腐蚀与腐蚀控制的问题，只有这样，才能设计出性能较好的石油炼制设备。其中，防腐设计设计石油化工设备的选择、布局，腐蚀保护措施等，这些都取决于设计师的设计水平。除此之外，在石油炼制设备的安装过程中，也要重点考虑腐蚀性问题。
3.2合理、科学的选择设备制造材料
制造材料的物理和化学特性直接关系到石油装置的可靠性与使用周期，因此，正确选择制造材料对石油加工和生产至关重要。在石油生产中，最常用到的金属材料就是合金钢与不锈钢，我们都比较了解这些材料的特性。然而，经过大量实践证明，非金属材料的耐腐蚀性要比金属材料的高很多，由于市场中的非金属材料较多，因此，在石油生产过程中常选用耐腐蚀性较强的有机非金属材料，例如：玻璃钢，这是目前应该最广泛的一种材料。近年来，随着技术的不断发展，还会出现很多种新材料。
3.3对金属材料的防护
防护措施主要是在石油加工设备的表面加以覆盖层，这样一来，可以有效避免金属和腐蚀介质相互接触，进而产生化学反应，可以说，这是最常用的防腐蚀性措施，具体做法是：在金属表面涂一层非金属涂层，经过证实，此覆盖层可以防止金属一半以上的腐蚀，然而，我们需要根据设备表面的物质进行合理的选择，才能有效避免腐蚀现象的发生。
4.结束语
总体来说，我国经济和工业的得到了快速发展，特别是在石油生产过程中，因设备腐蚀现象而损坏设备或者是出现安全事故已经屡见不鲜，本文分析的腐蚀问题都是在石油炼制过程中最常见的一些腐蚀现象。然而，在实际生活中，我们还会遇到更多的设备腐蚀问题。近年来，我国加工劣质石油的数量逐渐增加，我国对环境保护的要求越来越高，因此，对腐蚀防护技术的要求也在逐渐增高。所以，我们想要扭转当前这种被动局面，一定要克服腐蚀防护认识的落后性。近几年，我国加大了对石油炼制设备防腐的研究投入，科研工作者正在开发新技术与设备，提高防腐的技术水平。由此可见，我们必须依据实际的情况，根据所遇到的问题，及时制定有效的解决方案，将设备腐蚀问题带来的影响降低到最低，从而满足企业不断发生的需求。 [科]
【参考文献】
［1］郭鑫.关于石油炼制设备腐蚀的防治措施[J].中国石油和化工标准与质量,2011(5).
［2］王瑞杰.石油炼制设备腐蚀与防护措施[J].中国石油和化工标准与质量,2011(8).
［3］刘小辉,胡安定.石油炼制设备腐蚀与防护综述[J].中国设备工程,2010(11).