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太陽能在石油工業(yè)中的應(yīng)用價值

發(fā)布者：謝青青 | 來源：中國石油大學(xué) | 0評論 | 4858查看 | 2015-05-08 14:55:00

　　全球能源需求的不斷上漲給各國能源公司帶來了挑戰(zhàn)，尤其是各國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，各國石油公司對重質(zhì)原油的依賴程度也在不斷增強，而這種重質(zhì)油的開采以及處理需要耗費更多的能源。因此，開發(fā)可高效利用的能源用于石油的開采、運輸和處理顯得格外重要。太陽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，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。所以將太陽能用于石油生產(chǎn)和加工中會節(jié)省很多油氣資源，同時有利于環(huán)境保護。

　　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。當然不同地理位置油藏能源消耗有差別，因為油藏往往因其自身的特點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輸而來，主要用于那些較為偏遠、電網(wǎng)不發(fā)達的油田，用于提供站場中需要的電能。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)美國有關(guān)研究表明，每桶原油使用真空蒸餾處理時需要消耗的能量為53~119MJ，每桶原油在烴化時需要消耗的能量為269~359MJ，在制氫時需要消耗的能量為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5萬~100萬bbl之間。由此可見，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，未來在石油行業(yè)消耗的能源數(shù)量還會繼續(xù)上升。但石油工業(yè)可以利用太陽能這樣的可再生能源來減少自身能源的消耗，同時達到保護環(huán)境的目的。

　　在石油行業(yè)中，很多地方都可以運用太陽能，例如，可以用太陽能來替代傳統(tǒng)電力能源，還可以利用太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蒸汽發(fā)電。當然，太陽能利用需要考慮到油藏的地理位置。太陽能的輻射強度取決于太陽的高度和全年日照時間。從圖2可以看出，油藏量較高的地區(qū)，往往太陽輻射強度也較大，這也就意味著在這些油藏開發(fā)利用太陽能是可行的。

　　油田的太陽能熱能分為兩種：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突厥章剩瑴囟确秶鸀?00~1000℃。

　　有很多方法可以利用太陽能獲取熱能。其中有一些方法已經(jīng)被實踐所證實，并廣泛運用，如用來產(chǎn)生電能和蒸汽，而有些方法還在完善。國際能源署(IEA)專門設(shè)有開發(fā)利用太陽能的實驗平臺，并且正在進行太陽能加熱和冷卻項目。由此可以看出，目前世界對于太陽能能源的重視。

　　利用太陽能獲取低溫?zé)崮艿募夹g(shù)已經(jīng)在國內(nèi)得到了應(yīng)用。2005年，遼河油田使用了利用太陽能加熱原油集輸?shù)墓に嚰夹g(shù)，經(jīng)過換熱后的原油溫度可達到85℃，平均每日可以節(jié)約天然氣240m3。

　　國內(nèi)的淮建油田也于2009年采用了太陽能加熱油氣集輸工藝技術(shù)。該油田采用了“鍋爐加熱+太陽能加熱”的運行模式。其中，太陽能循環(huán)泵于當日10點到20點之間運行，鍋爐于20點到次日10點之間運行。采用這種模式運行6個月，已經(jīng)節(jié)約了用于原油加熱的電費4.70萬元以及用于原油集輸?shù)碾娰M5.65萬元，與此同時，還減少了氮化物和二氧化硫的排放量。

　　利用太陽能獲取高溫?zé)崮艿募夹g(shù)主要是集中式太陽能熱技術(shù)，這項技術(shù)可以用于獲取熱蒸汽以提高原油回收率，其原理是利用太陽能熱技術(shù)可以獲取溫度高達550℃的蒸汽，分離原油和原油中的細沙。目前這項技術(shù)已經(jīng)被阿馬勒西部油田運用，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)，早期將太陽能運用于油田開采的公司是埃克森，其做法是利用光電池將太陽光轉(zhuǎn)化為電能供石油開采使用。由于埃克森的這種做法大大減少了運營成本和投資成本，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)達的油田中，還可以利用太陽能為光電池蓄電，從而采用陰極保護的方法防止油田管道和井筒的腐蝕，這種做法既經(jīng)濟又實用。利比亞西部管道和蘇丹石油管道中的陰極保護站就采用了太陽能發(fā)電的方法。實際上還可以利用太陽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斷閥室就采用了這種方法。

　　太陽能照明技術(shù)也在石油行業(yè)中得到了應(yīng)用，在國內(nèi)應(yīng)用廣泛。太陽能照明系統(tǒng)的組成主要有廣元、控制器、蓄電池等。當太陽光充足時，太陽光對蓄電池進行充電，以此供電；若太陽光不足，那么就需要其他電源來補充。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荷。

　　利用太陽能處理污水的技術(shù)主要是指對油井產(chǎn)出水進行脫鹽處理。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，否則會產(chǎn)生很嚴重的環(huán)境污染問題。這時，可以利用太陽能來提供處理產(chǎn)出水所需要的能量。2001年，在南蘇丹的實驗室和油田進行了利用太陽能處理產(chǎn)出水的實驗。其原理是利用太陽能對產(chǎn)出水進行加熱，加熱蒸發(fā)后的水蒸氣可以通過薄膜并在清水池中冷凝。

　　目前，這種技術(shù)已經(jīng)被證實可以使用，但還沒有在世界范圍內(nèi)廣泛采用。所以，隨著這項技術(shù)的推廣改進，預(yù)期未來會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行的，包括蒸餾、制氫和產(chǎn)生高壓蒸汽等。實際上，由于某些制約因素，目前在煉油工藝中還沒有利用太陽能的先例，但有關(guān)煉油的太陽能熱能源技術(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)。在這一項技術(shù)上的突破將會給石油行業(yè)帶來巨大的改變。

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