太阳能在石油工业中的应用价值
发布者：谢青青 | 来源：中国石油大学 | 0评论 | 4286查看 | 2015-05-08 14:55:00
全球能源需求的不断上涨给各国能源公司带来了挑战，尤其是各国的石油公司和天然气公司。随着常规油气资源的不断减少，各国石油公司对重质原油的依赖程度也在不断增强，而这种重质油的开采以及处理需要耗费更多的能源。因此，开发可高效利用的能源用于石油的开采、运输和处理显得格外重要。太阳能作为清洁高效的可再生能源，自然可以大幅度应用于石油行业之中。
据统计，2013年全世界用于石油生产和加工的油量占生产油量的近10%，中国用于石油生产和加工的油量占生产油量的15%，另外还消耗了10%的煤炭资源。消耗的能源很大一部分都是用于产生石油产品加工中需要的热能。所以将太阳能用于石油生产和加工中会节省很多油气资源，同时有利于环境保护。
在上游的石油开采中，能源消耗种类主要有天然气、柴油和电。当然不同地理位置油藏能源消耗有差别，因为油藏往往因其自身的特点有不同的开采处理要求，例如油田的深度、压力、温度以及原油的特性等。油田中的天然气能源来自于油田的伴生气，主要用于原油加热；柴油主要是从别处运输而来，主要用于那些较为偏远、电网不发达的油田，用于提供站场中需要的电能。在下游的石油炼化处理中，能源消耗量取决于所处理的石油产品种类、数量以及最终产品要求。
在炼油厂中很多化学反应需要消耗能源，据美国有关研究表明，每桶原油使用真空蒸馏处理时需要消耗的能量为53~119MJ，每桶原油在烃化时需要消耗的能量为269~359MJ，在制氢时需要消耗的能量为66~167MJ。石油炼厂一般都建在离城市较近的地方以方便销售，其处理能力一般介于5万~100万bbl之间。由此可见，石油炼厂所消耗的能源数量不可小觑。
随着石油行业的发展，未来在石油行业消耗的能源数量还会继续上升。但石油工业可以利用太阳能这样的可再生能源来减少自身能源的消耗，同时达到保护环境的目的。
在石油行业中，很多地方都可以运用太阳能，例如，可以用太阳能来替代传统电力能源，还可以利用太阳能热发电系统来代替传统的蒸汽发电。当然，太阳能利用需要考虑到油藏的地理位置。太阳能的辐射强度取决于太阳的高度和全年日照时间。从图2可以看出，油藏量较高的地区，往往太阳辐射强度也较大，这也就意味着在这些油藏开发利用太阳能是可行的。
油田的太阳能热能分为两种：低温热能和高温热能。其中，低温热能主要用于原油加热、输送和采暖，温度范围为80~200℃；而高温热能主要用于提高原油回收率，温度范围为300~1000℃。
有很多方法可以利用太阳能获取热能。其中有一些方法已经被实践所证实，并广泛运用，如用来产生电能和蒸汽，而有些方法还在完善。国际能源署(IEA)专门设有开发利用太阳能的实验平台，并且正在进行太阳能加热和冷却项目。由此可以看出，目前世界对于太阳能能源的重视。
利用太阳能获取低温热能的技术已经在国内得到了应用。2005年，辽河油田使用了利用太阳能加热原油集输的工艺技术，经过换热后的原油温度可达到85℃，平均每日可以节约天然气240m3。
国内的淮建油田也于2009年采用了太阳能加热油气集输工艺技术。该油田采用了“锅炉加热+太阳能加热”的运行模式。其中，太阳能循环泵于当日10点到20点之间运行，锅炉于20点到次日10点之间运行。采用这种模式运行6个月，已经节约了用于原油加热的电费4.70万元以及用于原油集输的电费5.65万元，与此同时，还减少了氮化物和二氧化硫的排放量。
利用太阳能获取高温热能的技术主要是集中式太阳能热技术，这项技术可以用于获取热蒸汽以提高原油回收率，其原理是利用太阳能热技术可以获取温度高达550℃的蒸汽，分离原油和原油中的细沙。目前这项技术已经被阿马勒西部油田运用，每天可以产生50t蒸汽，蒸汽压力10MPa，蒸汽温度312℃，大大提高了分离效率，节约了能源。
在石油行业，早期将太阳能运用于油田开采的公司是埃克森，其做法是利用光电池将太阳光转化为电能供石油开采使用。由于埃克森的这种做法大大减少了运营成本和投资成本，所以壳牌、德士古等公司也相继采用了这种方法。
在电网不发达的油田中，还可以利用太阳能为光电池蓄电，从而采用阴极保护的方法防止油田管道和井筒的腐蚀，这种做法既经济又实用。利比亚西部管道和苏丹石油管道中的阴极保护站就采用了太阳能发电的方法。实际上还可以利用太阳能为输油管道中的阀室供电，利比亚西部管道和苏丹石油管道中的截断阀室就采用了这种方法。
太阳能照明技术也在石油行业中得到了应用，在国内应用广泛。太阳能照明系统的组成主要有广元、控制器、蓄电池等。当太阳光充足时，太阳光对蓄电池进行充电，以此供电；若太阳光不足，那么就需要其他电源来补充。该技术已经应用于新疆克拉玛依油田，以降低油田的用电负荷。
利用太阳能处理污水的技术主要是指对油井产出水进行脱盐处理。有些油井的产出水比例很高，而这种产出水中又含有很多的金属、矿物盐和石油，显然这种水不能随意排放，否则会产生很严重的环境污染问题。这时，可以利用太阳能来提供处理产出水所需要的能量。2001年，在南苏丹的实验室和油田进行了利用太阳能处理产出水的实验。其原理是利用太阳能对产出水进行加热，加热蒸发后的水蒸气可以通过薄膜并在清水池中冷凝。
目前，这种技术已经被证实可以使用，但还没有在世界范围内广泛采用。所以，随着这项技术的推广改进，预期未来会在油田中得到广泛应用。
炼油工艺基本都是在较高的温度下进行的，包括蒸馏、制氢和产生高压蒸汽等。实际上，由于某些制约因素，目前在炼油工艺中还没有利用太阳能的先例，但有关炼油的太阳能热能源技术目前正在开发之中，主要是集中在炼油化工这方面。由于炼油时的化学反应大多需要高温作为催化剂，所以目前的研究主要是集中于如何将太阳能直接用于产生化学反应中所需要的高温(400℃以上)。在这一项技术上的突破将会给石油行业带来巨大的改变。
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