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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 | 5082查看 | 2015-05-08 14:55:00    
　　全球能(neng)源(yuan)(yuan)需求的(de)不(bu)斷(duan)上漲給各國(guo)(guo)能(neng)源(yuan)(yuan)公司(si)(si)帶來(lai)了挑戰，尤其是(shi)各國(guo)(guo)的(de)石(shi)油(you)公司(si)(si)和天(tian)然(ran)(ran)氣公司(si)(si)。隨著(zhu)常規油(you)氣資源(yuan)(yuan)的(de)不(bu)斷(duan)減少，各國(guo)(guo)石(shi)油(you)公司(si)(si)對重(zhong)質(zhi)原油(you)的(de)依賴程度也在不(bu)斷(duan)增強，而這(zhe)種重(zhong)質(zhi)油(you)的(de)開(kai)采以及處理需要耗費(fei)更(geng)多的(de)能(neng)源(yuan)(yuan)。因此，開(kai)發可高效利(li)用的(de)能(neng)源(yuan)(yuan)用于石(shi)油(you)的(de)開(kai)采、運輸和處理顯得格外重(zhong)要。太陽(yang)能(neng)作為清潔高效的(de)可再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)(yuan)，自然(ran)(ran)可以大幅度應(ying)用于石(shi)油(you)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(you)(you)行業(ye)中，很多地方都(dou)可(ke)以(yi)(yi)運用(yong)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)，例如，可(ke)以(yi)(yi)用(yong)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)來(lai)替(ti)代傳統電(dian)力能(neng)(neng)源，還可(ke)以(yi)(yi)利用(yong)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)熱發(fa)(fa)電(dian)系(xi)統來(lai)代替(ti)傳統的(de)(de)(de)蒸汽發(fa)(fa)電(dian)。當然(ran)，太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)利用(yong)需要(yao)考慮(lv)到油(you)(you)藏(zang)的(de)(de)(de)地理位置(zhi)。太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)輻射強度(du)取(qu)決于太(tai)(tai)陽(yang)的(de)(de)(de)高(gao)度(du)和(he)全年日照時間(jian)。從(cong)圖2可(ke)以(yi)(yi)看出(chu)，油(you)(you)藏(zang)量(liang)較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)地區，往往太(tai)(tai)陽(yang)輻射強度(du)也較(jiao)大，這(zhe)也就意味著在這(zhe)些(xie)油(you)(you)藏(zang)開發(fa)(fa)利用(yong)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)是(shi)可(ke)行的(de)(de)(de)。
 
　　油(you)田的太陽能(neng)(neng)熱能(neng)(neng)分(fen)為兩種(zhong)：低溫(wen)(wen)熱能(neng)(neng)和(he)高(gao)溫(wen)(wen)熱能(neng)(neng)。其中，低溫(wen)(wen)熱能(neng)(neng)主(zhu)要用(yong)于原(yuan)油(you)加熱、輸送和(he)采暖，溫(wen)(wen)度范圍為80~200℃；而高(gao)溫(wen)(wen)熱能(neng)(neng)主(zhu)要用(yong)于提高(gao)原(yuan)油(you)回(hui)收率，溫(wen)(wen)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(you)(you)行業，早期將(jiang)太(tai)陽能運用于(yu)油(you)(you)田開采(cai)的公司是(shi)埃(ai)克森(sen)，其做(zuo)法(fa)是(shi)利用光電池(chi)將(jiang)太(tai)陽光轉化為電能供(gong)石油(you)(you)開采(cai)使用。由(you)于(yu)埃(ai)克森(sen)的這種做(zuo)法(fa)大大減少了運營成本和投資成本，所以殼牌、德(de)士(shi)古等公司也相繼采(cai)用了這種方法(fa)。
 
　　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(li)用(yong)太陽能(neng)(neng)處(chu)(chu)理(li)污(wu)水(shui)(shui)(shui)的(de)技術主(zhu)要是指對(dui)油(you)(you)井產(chan)出(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)進(jin)行(xing)脫鹽處(chu)(chu)理(li)。有些油(you)(you)井的(de)產(chan)出(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)比例很(hen)高(gao)，而這(zhe)種產(chan)出(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)中又(you)含有很(hen)多的(de)金(jin)屬(shu)、礦物鹽和(he)石油(you)(you)，顯然這(zhe)種水(shui)(shui)(shui)不能(neng)(neng)隨意(yi)排放，否(fou)則(ze)會產(chan)生(sheng)很(hen)嚴重的(de)環境污(wu)染(ran)問題。這(zhe)時，可(ke)以(yi)(yi)利(li)用(yong)太陽能(neng)(neng)來提供處(chu)(chu)理(li)產(chan)出(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)所需要的(de)能(neng)(neng)量。2001年，在南蘇丹的(de)實驗室和(he)油(you)(you)田進(jin)行(xing)了利(li)用(yong)太陽能(neng)(neng)處(chu)(chu)理(li)產(chan)出(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)的(de)實驗。其原(yuan)理(li)是利(li)用(yong)太陽能(neng)(neng)對(dui)產(chan)出(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)進(jin)行(xing)加(jia)(jia)熱，加(jia)(jia)熱蒸發后的(de)水(shui)(shui)(shui)蒸氣可(ke)以(yi)(yi)通過薄膜(mo)并在清水(shui)(shui)(shui)池中冷(leng)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(lian)油工(gong)藝(yi)基本都(dou)是(shi)(shi)(shi)在(zai)較高的(de)(de)溫度下(xia)進行的(de)(de)，包括蒸(zheng)餾、制氫和產生(sheng)(sheng)高壓蒸(zheng)汽等(deng)。實際上，由(you)于(yu)(yu)某些制約(yue)因素(su)，目前在(zai)煉(lian)油工(gong)藝(yi)中(zhong)(zhong)還(huan)沒有(you)(you)利用太陽(yang)能的(de)(de)先例，但有(you)(you)關(guan)煉(lian)油的(de)(de)太陽(yang)能熱能源技術目前正在(zai)開發之中(zhong)(zhong)，主要(yao)(yao)是(shi)(shi)(shi)集(ji)中(zhong)(zhong)在(zai)煉(lian)油化(hua)(hua)工(gong)這(zhe)方面。由(you)于(yu)(yu)煉(lian)油時的(de)(de)化(hua)(hua)學反應(ying)大多需要(yao)(yao)高溫作為催化(hua)(hua)劑，所以(yi)目前的(de)(de)研究主要(yao)(yao)是(shi)(shi)(shi)集(ji)中(zhong)(zhong)于(yu)(yu)如何將太陽(yang)能直接用于(yu)(yu)產生(sheng)(sheng)化(hua)(hua)學反應(ying)中(zhong)(zhong)所需要(yao)(yao)的(de)(de)高溫(400℃以(yi)上)。在(zai)這(zhe)一項(xiang)技術上的(de)(de)突破將會給石油行業(ye)帶來巨(ju)大的(de)(de)改(gai)變(bian)。 
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