太陽能在石油工業中的應用價值
發布者：謝青青 | 來源：中國石油大學 | 0評論 | 3677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，尤其是各國的石油公司和天然氣公司。隨著常規油氣資源的不斷減少，各國石油公司對重質原油的依賴程度也在不斷增強，而這種重質油的開采以及處理需要耗費更多的能源。因此，開發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，自然可以大幅度應用于石油行業之中。
據統計，2013年全世界用于石油生產和加工的油量占生產油量的近10%，中國用于石油生產和加工的油量占生產油量的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生石油產品加工中需要的熱能。所以將太陽能用于石油生產和加工中會節省很多油氣資源，同時有利于環境保護。
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、電網不發達的油田，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品種類、數量以及最終產品要求。
在煉油廠中很多化學反應需要消耗能源，據美國有關研究表明，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量不可小覷。
隨著石油行業的發展，未來在石油行業消耗的能源數量還會繼續上升。但石油工業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，同時達到保護環境的目的。
在石油行業中，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電力能源，還可以利用太陽能熱發電系統來代替傳統的蒸汽發電。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，往往太陽輻射強度也較大，這也就意味著在這些油藏開發利用太陽能是可行的。
油田的太陽能熱能分為兩種：低溫熱能和高溫熱能。其中，低溫熱能主要用于原油加熱、輸送和采暖，溫度范圍為80~200℃；而高溫熱能主要用于提高原油回收率，溫度范圍為300~1000℃。
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被實踐所證實，并廣泛運用，如用來產生電能和蒸汽，而有些方法還在完善。國際能源署(IEA)專門設有開發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熱能的技術已經在國內得到了應用。2005年，遼河油田使用了利用太陽能加熱原油集輸的工藝技術，經過換熱后的原油溫度可達到85℃，平均每日可以節約天然氣240m3。
國內的淮建油田也于2009年采用了太陽能加熱油氣集輸工藝技術。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，已經節約了用于原油加熱的電費4.70萬元以及用于原油集輸的電費5.65萬元，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熱能的技術主要是集中式太陽能熱技術，這項技術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。目前這項技術已經被阿馬勒西部油田運用，每天可以產生50t蒸汽，蒸汽壓力10MPa，蒸汽溫度312℃，大大提高了分離效率，節約了能源。
在石油行業，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。
在電網不發達的油田中，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。
太陽能照明技術也在石油行業中得到了應用，在國內應用廣泛。太陽能照明系統的組成主要有廣元、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。該技術已經應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主要是指對油井產出水進行脫鹽處理。有些油井的產出水比例很高，而這種產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，否則會產生很嚴重的環境污染問題。這時，可以利用太陽能來提供處理產出水所需要的能量。2001年，在南蘇丹的實驗室和油田進行了利用太陽能處理產出水的實驗。其原理是利用太陽能對產出水進行加熱，加熱蒸發后的水蒸氣可以通過薄膜并在清水池中冷凝。
目前，這種技術已經被證實可以使用，但還沒有在世界范圍內廣泛采用。所以，隨著這項技術的推廣改進，預期未來會在油田中得到廣泛應用。
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，但有關煉油的太陽能熱能源技術目前正在開發之中，主要是集中在煉油化工這方面。由于煉油時的化學反應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生化學反應中所需要的高溫(400℃以上)。在這一項技術上的突破將會給石油行業帶來巨大的改變。
相關閱讀
最新評論
0人參與
馬上參與
最新資訊
-
-
2小時前 14:49 -
4小時前 11:54 -
5小時前 11:40 -
5小時前 11:20 -
5小時前 10:58 -
5小時前 10:55 -
5小時前 10:53 -
6小時前 10:50 -
6小時前 10:39 -
6小時前 10:36 -
21小時前 19:44 -
23小時前 17:13 -
23小時前 17:11 -
23小時前 17:01
