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  • GTL 技術實現海上平臺伴生氣回收

    時間:2022-04-27 11:04 來源:《石油與裝備》 作者:王丹旭 何錚 劉瀟 點擊:

    海上油田開發過程 中常伴隨出現伴 生氣。由于海上 油田伴生氣產量 較小,沒有專門管道輸送系統, 利用率較低。它們大多被直接放 空燃燒,造成了巨大的資源浪費 和環境污染。根據全球減少天然 氣燃燒伙伴關系(GGFR)的數 據,全球每年燃燒的伴生氣超過 1400 億立方米。
     
    近年來,來自中國的數字超 過 10 億立方米,中國排在第 17 位(圖 1 所示)。事實上,處理 伴生氣有幾種方法,如采用 LNG 或 CNG 回收處理。但由于氣體 量太小,目前并沒有實際應用。 近 年 來, 國 外 出 現 了 許 多 小 型 GTL(Gas-To-Liquids)公司, 旨在解決伴生氣回收問題。本文 將介紹伴生氣 GTL 技術的發展情 況。

     GTL 技術發展
    GTL 技術發展 GTL 技術將難以儲存和運輸 的天然氣轉化為易于儲存和運輸 的液體燃料。GTL 是一個由三部 分組成的化學過程:重整、合成、 產物分離。在重整階段,凈化氣 體通過部分氧化、蒸汽重整或兩 種工藝的組合轉化為合成氣。然 后在 F-T 費托反應器中使用鈷或 鐵基催化劑將合成氣轉化為碳氫 化合物,該階段是 GTL 工藝關鍵。
     
    最后一個階段是分離和提煉初級 產品。狹義上,GTL 指的是 F-T 合成油或石蠟技術。廣義上講, GTL 技術包括合成二甲醚、甲醇 和其他產品。 GTL 技術已經存在了 90 多 年,是由德國科學家費舍爾和托氏發明的。從 20 世紀 60 年代開 始,南非 Sasol 公司開發了以煤 代替天然氣為原料的 CTL 技術, 以解決國際石油禁運對南非造成 的石油短缺問題。
     
    直到 2011 年, 全球最大的珍珠 GTL 項目正式 投入運營,GTL 產業化水平達 到頂峰。 近年來,隨著世界對氣候和環 境的日益關注,各種碳排放控制措 圖 1 前 30 名伴生氣排放量國家34 技術·裝備 技術應用 Technology & Equipment·Technology Application 施相繼出臺。許多小型 GTL 技術 已被開發用于將小規模伴生氣貨幣 化,為大規模應用于陸地海上油氣 田伴生氣回收奠定技術基礎。
     
    小型 GTL 用于伴生氣回收
    為了減少伴生氣,世界銀行 集團創建了 GGFR 組織,這是一 項公私合作倡議,由國際和國家 石油公司、國家和地區政府以及 國際機構組成。GGFR 致力于通 過幫助減少伴生氣排放的技術障 礙,增加石油生產中伴生氣的使 用,并宣傳每個小型 GTL 公司的 產品和技術。 伴生氣回收應用需要更小、 最好是模塊化和可移動的裝置, 目 前 出 現 了 各 種 mini-GTL 技 術。
     
    在過去十年中,許多公司開 發了微型 GTL 技術,允許將伴生 氣轉化為合成油、清潔柴油和汽 油、甲醇、二甲醚和其他產品, 特別是在北美。GGFR 每年負責 技術的推廣,有幾家公司產品具 有一定競爭力,并建立了自己的 商業示范工廠來驗證和展示他們 的技術。 Compact GTL 成 立 于 2006 年, 與 Velocys 一 起 成 為 mini-GTL 技術的兩個領導者。
     
    Compact GTL 在 巴 西 的 示 范 工 廠獲得巴西國家石油公司的批準, 并在 2012 年期間穩定運行(圖 2)。 Compact GTL 技 術 的 基 礎 是 采 用 SMR 和費托模塊化反應器的微 通道結構,其核心是精確控制過 程催化劑上的熱量和氣體流量, 該過程催化劑位于數千個緊密間 隔的規則通道中。 FPSO-GTL 提 供 了 處 理 伴 生氣的最佳方式,GTL 合成最終 產品為合成原油,可與石油原油 混合,并由現有油輪運輸到岸。 目前 Compact GTL 正與 SBM 合 作,SBM 是 FPSO 租賃和運營的 領導者,規劃設計 FGTL 船舶以 回收伴生氣。 Velocys 是 小 型 氣 液 轉 換(GTL) 領 域 的 領 導 者。
     
    Velocys 技術在 30 多個國家擁 有數百項專利,專為小規模應用 而設計,其技術核心是超活性催 化劑與增強型反應器系統相結合。 他們的微通道反應器更小,生產 率更高(圖 3)。該裝置具有體 積小、轉化率高、單位成本低等 優點。與傳統的 F-T 合成裝置相 比,更適合在海上平臺上回收伴 生氣。其俄克拉荷馬市的示范工 廠已經通過了每天 200 桶的關鍵 生產里程碑。 INFRA XTL 技術 INFRA 開發了新一代 F-T 工藝技術,用于從含碳原料生產 高質量合成油。

    INFRA XTL 技術
    INFRA 為邊際氣 田(包括偏遠、海上和頁巖氣儲 層)的開發提供解決方案,并提 供消除相關的伴生氣燃燒方案。 INFRA 設計并建造了一個模塊 化、可運輸的 GTL M100 工廠, 將天然氣 / 伴生氣加工成合成原 油(圖 4),產能相當于每天從 100 萬立方英尺的天然氣中提取 100 桶合成原油。
     
    圖 2 Compact GTL 的示范工廠 圖 3Velocys 微通道反應器 圖 4 INFRA M100 工廠

    我國海上伴生氣的利用
    中海油作為中國最大的海洋 油氣生產商,一直致力于節能減 排。中海油十分重視伴生氣的利 用,并提出了各種方案。目前, 已實現了從伴生氣中回收液化石 油氣和注入伴生氣。例如,文昌 13-1/2 油田利用輕烴回收裝置 回收和生產液化石油氣和凝析油 (圖 5)。需要注 意的是,本項 目適用于富含輕烴的伴生氣,不 適用于甲烷含量高的伴生氣。
     
    另一種方式是伴生氣回注。 例如,來自旅大 10-1 中心平臺 的伴生氣除自用外,多余的部分 不會進入伴生氣,而是高壓注入 地層。該項目標志著首次在海上 高壓注氣儲存,以減少天然氣資 源的浪費。同時,對提高采收率 的實驗探索也具有重要意義。 目 前, 國 內 對 伴 生 氣 GTL 技術的研究和應用較少。中國是 一個煤炭豐富、天然氣短缺的國 家。由于缺乏天然氣和國家政策 限制,GTL 技術發展緩慢。中國 石化石油加工研究院(RIPP)是 其中的先驅之一。
     
    自 2003 年起, 對 GTL 技術進行了系統研究, 并于 2006 年完成了固定床 F-T 反應裝置。2008 年進行了漿態 床 F-T 反 應 研 究,2010 年 與 syntroleum 合 作 完 成 了 3000 噸 / 年的中試(圖 6)。目前, RIPP 已開展伴生氣回收研究。設 計了多種小型微通道模塊,正在 推進 120 噸 / 年工業項目。由于 其模塊化緊湊、效率高、靈活性 強的特點,非常適合于伴生氣的 回收。 油田伴生氣的回收利用越來 越受到人們的重視,減少環境污 染的 GTL 技術的需求也越來越 迫切。本文中列出的公司已經足 夠成熟,能夠處理伴生氣問題, 但需要更多的經濟評估。我國對 小型 GTL 技術的研究較少,在 伴生氣的回收利用方面需要更多 的努力。一方面,有必要研究和 開發新的回收裝置和工藝;另一 方面,要培育伴生氣市場,拓展 其應用前景。
     
     

     

     

     
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