太陽(yáng)能在石油工業(yè)中的應(yīng)用價(jià)值
發(fā)布者：謝青青 | 來(lái)源：中國(guó)石油大學(xué) | 0評(píng)論 | 5654查看 | 2015-05-08 14:55:00
全球能源需求的不斷上漲給各國(guó)能源公司帶來(lái)了挑戰(zhàn)，尤其是各國(guó)的石油公司和天然氣公司。隨著常規(guī)油氣資源的不斷減少，各國(guó)石油公司對(duì)重質(zhì)原油的依賴程度也在不斷增強(qiáng)，而這種重質(zhì)油的開采以及處理需要耗費(fèi)更多的能源。因此，開發(fā)可高效利用的能源用于石油的開采、運(yùn)輸和處理顯得格外重要。太陽(yáng)能作為清潔高效的可再生能源，自然可以大幅度應(yīng)用于石油行業(yè)之中。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年全世界用于石油生產(chǎn)和加工的油量占生產(chǎn)油量的近10%，中國(guó)用于石油生產(chǎn)和加工的油量占生產(chǎn)油量的15%，另外還消耗了10%的煤炭資源。消耗的能源很大一部分都是用于產(chǎn)生石油產(chǎn)品加工中需要的熱能。所以將太陽(yáng)能用于石油生產(chǎn)和加工中會(huì)節(jié)省很多油氣資源，同時(shí)有利于環(huán)境保護(hù)。
在上游的石油開采中，能源消耗種類主要有天然氣、柴油和電。當(dāng)然不同地理位置油藏能源消耗有差別，因?yàn)橛筒赝蚱渥陨淼奶攸c(diǎn)有不同的開采處理要求，例如油田的深度、壓力、溫度以及原油的特性等。油田中的天然氣能源來(lái)自于油田的伴生氣，主要用于原油加熱；柴油主要是從別處運(yùn)輸而來(lái)，主要用于那些較為偏遠(yuǎn)、電網(wǎng)不發(fā)達(dá)的油田，用于提供站場(chǎng)中需要的電能。在下游的石油煉化處理中，能源消耗量取決于所處理的石油產(chǎn)品種類、數(shù)量以及最終產(chǎn)品要求。
在煉油廠中很多化學(xué)反應(yīng)需要消耗能源，據(jù)美國(guó)有關(guān)研究表明，每桶原油使用真空蒸餾處理時(shí)需要消耗的能量為53~119MJ，每桶原油在烴化時(shí)需要消耗的能量為269~359MJ，在制氫時(shí)需要消耗的能量為66~167MJ。石油煉廠一般都建在離城市較近的地方以方便銷售，其處理能力一般介于5萬(wàn)~100萬(wàn)bbl之間。由此可見(jiàn)，石油煉廠所消耗的能源數(shù)量不可小覷。
隨著石油行業(yè)的發(fā)展，未來(lái)在石油行業(yè)消耗的能源數(shù)量還會(huì)繼續(xù)上升。但石油工業(yè)可以利用太陽(yáng)能這樣的可再生能源來(lái)減少自身能源的消耗，同時(shí)達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。
在石油行業(yè)中，很多地方都可以運(yùn)用太陽(yáng)能，例如，可以用太陽(yáng)能來(lái)替代傳統(tǒng)電力能源，還可以利用太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蒸汽發(fā)電。當(dāng)然，太陽(yáng)能利用需要考慮到油藏的地理位置。太陽(yáng)能的輻射強(qiáng)度取決于太陽(yáng)的高度和全年日照時(shí)間。從圖2可以看出，油藏量較高的地區(qū)，往往太陽(yáng)輻射強(qiáng)度也較大，這也就意味著在這些油藏開發(fā)利用太陽(yáng)能是可行的。
油田的太陽(yáng)能熱能分為兩種：低溫?zé)崮芎透邷責(zé)崮?。其中，低溫?zé)崮苤饕糜谠图訜?、輸送和采暖，溫度范圍?0~200℃；而高溫?zé)崮苤饕糜谔岣咴突厥章?，溫度范圍?00~1000℃。
有很多方法可以利用太陽(yáng)能獲取熱能。其中有一些方法已經(jīng)被實(shí)踐所證實(shí)，并廣泛運(yùn)用，如用來(lái)產(chǎn)生電能和蒸汽，而有些方法還在完善。國(guó)際能源署(IEA)專門設(shè)有開發(fā)利用太陽(yáng)能的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并且正在進(jìn)行太陽(yáng)能加熱和冷卻項(xiàng)目。由此可以看出，目前世界對(duì)于太陽(yáng)能能源的重視。
利用太陽(yáng)能獲取低溫?zé)崮艿募夹g(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)得到了應(yīng)用。2005年，遼河油田使用了利用太陽(yáng)能加熱原油集輸?shù)墓に嚰夹g(shù)，經(jīng)過(guò)換熱后的原油溫度可達(dá)到85℃，平均每日可以節(jié)約天然氣240m3。
國(guó)內(nèi)的淮建油田也于2009年采用了太陽(yáng)能加熱油氣集輸工藝技術(shù)。該油田采用了“鍋爐加熱+太陽(yáng)能加熱”的運(yùn)行模式。其中，太陽(yáng)能循環(huán)泵于當(dāng)日10點(diǎn)到20點(diǎn)之間運(yùn)行，鍋爐于20點(diǎn)到次日10點(diǎn)之間運(yùn)行。采用這種模式運(yùn)行6個(gè)月，已經(jīng)節(jié)約了用于原油加熱的電費(fèi)4.70萬(wàn)元以及用于原油集輸?shù)碾娰M(fèi)5.65萬(wàn)元，與此同時(shí)，還減少了氮化物和二氧化硫的排放量。
利用太陽(yáng)能獲取高溫?zé)崮艿募夹g(shù)主要是集中式太陽(yáng)能熱技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)可以用于獲取熱蒸汽以提高原油回收率，其原理是利用太陽(yáng)能熱技術(shù)可以獲取溫度高達(dá)550℃的蒸汽，分離原油和原油中的細(xì)沙。目前這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被阿馬勒西部油田運(yùn)用，每天可以產(chǎn)生50t蒸汽，蒸汽壓力10MPa，蒸汽溫度312℃，大大提高了分離效率，節(jié)約了能源。
在石油行業(yè)，早期將太陽(yáng)能運(yùn)用于油田開采的公司是?？松?，其做法是利用光電池將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能供石油開采使用。由于?？松倪@種做法大大減少了運(yùn)營(yíng)成本和投資成本，所以殼牌、德士古等公司也相繼采用了這種方法。
在電網(wǎng)不發(fā)達(dá)的油田中，還可以利用太陽(yáng)能為光電池蓄電，從而采用陰極保護(hù)的方法防止油田管道和井筒的腐蝕，這種做法既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。利比亞西部管道和蘇丹石油管道中的陰極保護(hù)站就采用了太陽(yáng)能發(fā)電的方法。實(shí)際上還可以利用太陽(yáng)能為輸油管道中的閥室供電，利比亞西部管道和蘇丹石油管道中的截?cái)嚅y室就采用了這種方法。
太陽(yáng)能照明技術(shù)也在石油行業(yè)中得到了應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛。太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的組成主要有廣元、控制器、蓄電池等。當(dāng)太陽(yáng)光充足時(shí)，太陽(yáng)光對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，以此供電；若太陽(yáng)光不足，那么就需要其他電源來(lái)補(bǔ)充。該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于新疆克拉瑪依油田，以降低油田的用電負(fù)荷。
利用太陽(yáng)能處理污水的技術(shù)主要是指對(duì)油井產(chǎn)出水進(jìn)行脫鹽處理。有些油井的產(chǎn)出水比例很高，而這種產(chǎn)出水中又含有很多的金屬、礦物鹽和石油，顯然這種水不能隨意排放，否則會(huì)產(chǎn)生很嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。這時(shí)，可以利用太陽(yáng)能來(lái)提供處理產(chǎn)出水所需要的能量。2001年，在南蘇丹的實(shí)驗(yàn)室和油田進(jìn)行了利用太陽(yáng)能處理產(chǎn)出水的實(shí)驗(yàn)。其原理是利用太陽(yáng)能對(duì)產(chǎn)出水進(jìn)行加熱，加熱蒸發(fā)后的水蒸氣可以通過(guò)薄膜并在清水池中冷凝。
目前，這種技術(shù)已經(jīng)被證實(shí)可以使用，但還沒(méi)有在世界范圍內(nèi)廣泛采用。所以，隨著這項(xiàng)技術(shù)的推廣改進(jìn)，預(yù)期未來(lái)會(huì)在油田中得到廣泛應(yīng)用。
煉油工藝基本都是在較高的溫度下進(jìn)行的，包括蒸餾、制氫和產(chǎn)生高壓蒸汽等。實(shí)際上，由于某些制約因素，目前在煉油工藝中還沒(méi)有利用太陽(yáng)能的先例，但有關(guān)煉油的太陽(yáng)能熱能源技術(shù)目前正在開發(fā)之中，主要是集中在煉油化工這方面。由于煉油時(shí)的化學(xué)反應(yīng)大多需要高溫作為催化劑，所以目前的研究主要是集中于如何將太陽(yáng)能直接用于產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)中所需要的高溫(400℃以上)。在這一項(xiàng)技術(shù)上的突破將會(huì)給石油行業(yè)帶來(lái)巨大的改變。
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