GTL 技术实现海上平台伴生气回收

时间:2022-04-27 11:04 来源:《石油与装备》 作者:王丹旭 何铮 刘潇

海上油田开发过程 中常伴随出现伴 生气。由于海上 油田伴生气产量 较小,没有专门管道输送系统, 利用率较低。它们大多被直接放 空燃烧,造成了巨大的资源浪费 和环境污染。根据全球减少天然 气燃烧伙伴关系(GGFR)的数 据,全球每年燃烧的伴生气超过 1400 亿立方米。
 
近年来,来自中国的数字超 过 10 亿立方米,中国排在第 17 位(图 1 所示)。事实上,处理 伴生气有几种方法,如采用 LNG 或 CNG 回收处理。但由于气体 量太小,目前并没有实际应用。 近 年 来, 国 外 出 现 了 许 多 小 型 GTL(Gas-To-Liquids)公司, 旨在解决伴生气回收问题。本文 将介绍伴生气 GTL 技术的发展情 况。

 GTL 技术发展
GTL 技术发展 GTL 技术将难以储存和运输 的天然气转化为易于储存和运输 的液体燃料。GTL 是一个由三部 分组成的化学过程:重整、合成、 产物分离。在重整阶段,净化气 体通过部分氧化、蒸汽重整或两 种工艺的组合转化为合成气。然 后在 F-T 费托反应器中使用钴或 铁基催化剂将合成气转化为碳氢 化合物,该阶段是 GTL 工艺关键。
 
最后一个阶段是分离和提炼初级 产品。狭义上,GTL 指的是 F-T 合成油或石蜡技术。广义上讲, GTL 技术包括合成二甲醚、甲醇 和其他产品。 GTL 技术已经存在了 90 多 年,是由德国科学家费舍尔和托氏发明的。从 20 世纪 60 年代开 始,南非 Sasol 公司开发了以煤 代替天然气为原料的 CTL 技术, 以解决国际石油禁运对南非造成 的石油短缺问题。
 
直到 2011 年, 全球最大的珍珠 GTL 项目正式 投入运营,GTL 产业化水平达 到顶峰。 近年来,随着世界对气候和环 境的日益关注,各种碳排放控制措 图 1 前 30 名伴生气排放量国家34 技术·装备 技术应用 Technology & Equipment·Technology Application 施相继出台。许多小型 GTL 技术 已被开发用于将小规模伴生气货币 化,为大规模应用于陆地海上油气 田伴生气回收奠定技术基础。
 
小型 GTL 用于伴生气回收
为了减少伴生气,世界银行 集团创建了 GGFR 组织,这是一 项公私合作倡议,由国际和国家 石油公司、国家和地区政府以及 国际机构组成。GGFR 致力于通 过帮助减少伴生气排放的技术障 碍,增加石油生产中伴生气的使 用,并宣传每个小型 GTL 公司的 产品和技术。 伴生气回收应用需要更小、 最好是模块化和可移动的装置, 目 前 出 现 了 各 种 mini-GTL 技 术。
 
在过去十年中,许多公司开 发了微型 GTL 技术,允许将伴生 气转化为合成油、清洁柴油和汽 油、甲醇、二甲醚和其他产品, 特别是在北美。GGFR 每年负责 技术的推广,有几家公司产品具 有一定竞争力,并建立了自己的 商业示范工厂来验证和展示他们 的技术。 Compact GTL 成 立 于 2006 年, 与 Velocys 一 起 成 为 mini-GTL 技术的两个领导者。
 
Compact GTL 在 巴 西 的 示 范 工 厂获得巴西国家石油公司的批准, 并在 2012 年期间稳定运行(图 2)。 Compact GTL 技 术 的 基 础 是 采 用 SMR 和费托模块化反应器的微 通道结构,其核心是精确控制过 程催化剂上的热量和气体流量, 该过程催化剂位于数千个紧密间 隔的规则通道中。 FPSO-GTL 提 供 了 处 理 伴 生气的最佳方式,GTL 合成最终 产品为合成原油,可与石油原油 混合,并由现有油轮运输到岸。 目前 Compact GTL 正与 SBM 合 作,SBM 是 FPSO 租赁和运营的 领导者,规划设计 FGTL 船舶以 回收伴生气。 Velocys 是 小 型 气 液 转 换(GTL) 领 域 的 领 导 者。
 
Velocys 技术在 30 多个国家拥 有数百项专利,专为小规模应用 而设计,其技术核心是超活性催 化剂与增强型反应器系统相结合。 他们的微通道反应器更小,生产 率更高(图 3)。该装置具有体 积小、转化率高、单位成本低等 优点。与传统的 F-T 合成装置相 比,更适合在海上平台上回收伴 生气。其俄克拉荷马市的示范工 厂已经通过了每天 200 桶的关键 生产里程碑。 INFRA XTL 技术 INFRA 开发了新一代 F-T 工艺技术,用于从含碳原料生产 高质量合成油。

INFRA XTL 技术
INFRA 为边际气 田(包括偏远、海上和页岩气储 层)的开发提供解决方案,并提 供消除相关的伴生气燃烧方案。 INFRA 设计并建造了一个模块 化、可运输的 GTL M100 工厂, 将天然气 / 伴生气加工成合成原 油(图 4),产能相当于每天从 100 万立方英尺的天然气中提取 100 桶合成原油。
 
图 2 Compact GTL 的示范工厂 图 3Velocys 微通道反应器 图 4 INFRA M100 工厂

我国海上伴生气的利用
中海油作为中国最大的海洋 油气生产商,一直致力于节能减 排。中海油十分重视伴生气的利 用,并提出了各种方案。目前, 已实现了从伴生气中回收液化石 油气和注入伴生气。例如,文昌 13-1/2 油田利用轻烃回收装置 回收和生产液化石油气和凝析油 (图 5)。需要注 意的是,本项 目适用于富含轻烃的伴生气,不 适用于甲烷含量高的伴生气。
 
另一种方式是伴生气回注。 例如,来自旅大 10-1 中心平台 的伴生气除自用外,多余的部分 不会进入伴生气,而是高压注入 地层。该项目标志着首次在海上 高压注气储存,以减少天然气资 源的浪费。同时,对提高采收率 的实验探索也具有重要意义。 目 前, 国 内 对 伴 生 气 GTL 技术的研究和应用较少。中国是 一个煤炭丰富、天然气短缺的国 家。由于缺乏天然气和国家政策 限制,GTL 技术发展缓慢。中国 石化石油加工研究院(RIPP)是 其中的先驱之一。
 
自 2003 年起, 对 GTL 技术进行了系统研究, 并于 2006 年完成了固定床 F-T 反应装置。2008 年进行了浆态 床 F-T 反 应 研 究,2010 年 与 syntroleum 合 作 完 成 了 3000 吨 / 年的中试(图 6)。目前, RIPP 已开展伴生气回收研究。设 计了多种小型微通道模块,正在 推进 120 吨 / 年工业项目。由于 其模块化紧凑、效率高、灵活性 强的特点,非常适合于伴生气的 回收。 油田伴生气的回收利用越来 越受到人们的重视,减少环境污 染的 GTL 技术的需求也越来越 迫切。本文中列出的公司已经足 够成熟,能够处理伴生气问题, 但需要更多的经济评估。我国对 小型 GTL 技术的研究较少,在 伴生气的回收利用方面需要更多 的努力。一方面,有必要研究和 开发新的回收装置和工艺;另一 方面,要培育伴生气市场,拓展 其应用前景。
 
 

 

 

 
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