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炼油厂的生物能改造摘要：2012年12月25日，美国《油气杂志》发布报告称：全球年度油气储备量继续保持增长，而全球炼油能力也呈现出恢复性增长，炼油厂数量没有净增加，仍为655座。但面对石油不可再生、日益枯竭的难题，数量众多的炼油厂急需从提高现有能源利用率和寻找新的替代石油的可再生能源两方面出发进行改造。生物柴油由于其燃烧性高、无污染、可再生等特点，是传统化石燃料理想的替代能源，作为生物柴油的原料，微藻注定成为新的研究热点。关键词：生物柴油，微藻，微生物燃料电池，炼油厂一、背景分析化石能源的发展促进了人类文明的极大进步，统计数据表明，人类所使用的能源有88%来自于化石燃料。虽然以石油、天然气、煤炭为代表的化石能源具有热值高、应用范围广、开采成本低等特点，但是作为不可再生能源，其储量终究是有限的。据报道，从探明的储量分析，现在地球上的石油、天然气和煤炭可供人类使用的时间大约还有：石油45-50年、天然气50-60年、煤炭200-220年。此外，化石能源的大量消耗不仅使人类面临能源短缺危机，全球变暖问题更是危害到人类的生存与健康。故提高能源利用效率和开发可再生新能源成为21世纪的重要任务。二、设计理念本文从生物能的角度出发，通过为一座假想中的炼油厂提供改造方案，以及面对石油枯竭这个世界性的能源问题，如何在未来新能源的竞争中拔得头筹作出战略规划：从提高现有能源利用效率和开发可再生新能源两个方面入手，建立起“污水-微藻-能源”的串联系统（1）。整个改造过程分两步走：短期内建成炼油厂污水微生物处理系统，再逐步改造转型，实现以微藻生物柴油替代传统柴油的长远目标。三、改造规划 （一）建立炼油厂污水微生物处理系统1.技术背景微生物燃料电池（MFC）是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置，具有较高的能量转化效率，且不需要进行废气处理，不需要输入较大能量，因而具有广泛应用的潜力(2)。 目前，MFC作为一种从有机废水中回收电能的全新技术日益受到关注，因此初期我们可利用MFC来净化炼油厂生产过程中产生的废水，同时达到产能的目的。产生的经济效益与生态效益可以更好地促进炼油厂的未来发展。2.技术原理微生物燃料电池分为双室型微生物燃料电池和单室型微生物燃料电池。双室型微生物燃料电池是较为广泛使用的微生物燃料电池，其基本装置如图1 所示。这一装置有两个室组成，阳极室和阴极室。阳极室为厌氧室，而阴极室为有氧室。在阳极室和阴极室之间还装有一个质子交换膜, 质子可以自由通过, 而氧气不能自由透过。微生物燃料电池是以微生物的厌氧呼吸为基础, 即以阴极为唯一电子受体的电子传递过程。在微生物燃料电池工作过程中，首先通过微生物氧化有机物产生电子，电子被阳性电极接受后通过外部电路传递到阴性电极。微生物在氧化有机物的过程中产生的质子通过质子交换膜从阳极室渗透到阴极室。最后, 在阴性电极上氧气与氢原子和电子发生作用生成水。这样, 通过源源不断的电子流动产生电流。图1 微生物燃料电池的工作原理利用双室型燃料电池对含油废水进行电学性能的测试，如图2所示，接种的电池连接外电阻20天以内都呈上升趋势，最后的输出电压稳定在250-300 mV，而未加入接种液的对照电池的输出电压小于50mV。因此，炼油厂的含油废水可作为启动微生物燃料电池的燃料。图2 电池启动过程电压输出曲线图3.可行性分析经查询资料可知，郭璇等人以炼油厂污水处理场浮选段出水配置MFCs极用水(3)，并以大港石化炼油废水处理系统活性污泥接种启动电池，从而考察电池产电特性及对含油污水的降解特性。在电池稳定运行后，每7天完全更新电池阳极液，并对电池电路特性、进出水的COD、含油量和pH值进行测定，连续进行6次检测试验。实验结果表明：电池输出电压随阳极溶液浓度的增大而升高，电池开路电压为550.49mV，最高输出功率密度262.8 mW?m?3；对进水水质指标检测和GC-MS分析结果显示，含油量降解率可达80%以上，pH为弱碱性，电池对含油污水COD的降解达到81.8%。可见电池对含油污水的降解效率较高，且优先吸附降解挥发酚、芳香烃等炼厂含油污水的特征污染物，并产生大量酸酯类、醇类等代谢产物。（二）发展新能源，炼油厂完成转型 1.技术背景利用微生物燃料电池发电，虽然可以在一定阶段提高能源利用效率，但是在全球化石燃料枯竭的大背景下，发挥的作用却是杯水车薪。故现在急需一种可再生并在利用效率和成本上能够与化石燃料比肩的新型能源，考虑到炼油厂的自身情况，首选生物柴油，而在生物柴油的合成中，又以微藻法合成最具前景。众所周知，植物的光合作用是固定太阳能的主要方式，微藻相对于高等植物来讲，具有光合作用效率高、生长周期短及盐碱耐受性好等优势，因此不受耕地、灌溉、营养、周期及光合作用效率的限制，可作为理想的“太阳能捕获器”(4-5