天然气与氢能融合发展大有可为——访中海石油气电集团有限责任公司总工程师、技术研发中心主任张超

氢能是连接可再生能源和传统能源的关键枢纽;天然气作为最清洁低碳的化石能源,具有高氢低碳的消费端优势。相较其他能源,天然气和氢能都属于清洁、高效、环保的气态能源,运输、储存和使用具有类似性。那么,探索天然气与氢能融合发展有何意义?如何让二者“强强两手”?

基于专利的固体氧化物燃料电池技术趋势分析

固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种在高温下将燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置,具有能量转化效率高、燃料适应性强且来源广泛、对环境友好等优点。通过分析1990年以来国内外高温固体燃料电池专利情况,从专利申请趋势、专利申请人及专利地域布局等角度,研究了SOFC领域的技术关注重点、应用情况及技术发展趋势。现阶段高温固体燃料电池技术开发已进入快速发展期,国外固体氧化物燃料电池的研发方向主要聚焦于降低成本和提高稳定性,国内则主要集中在突破电堆关键技术、核心部件国产化及示范工程建设。

燃煤烟气湿法协同脱硫脱碳技术研究进展

燃煤烟气中SO_(2)和CO_(2)的处理逐渐向协同脱除方向发展,基于湿法脱硫和脱碳的组合技术因此获得了广泛关注。本文首先系统梳理了梯级(依次)脱硫脱碳技术的重点研究方向,认为SO_(2)的胺降解作用是该类技术面对的核心问题,但其影响机理尚未形成统一共识。从控制排放和预防降解两个角度出发,分析了强化脱硫技术和胺降解抑制剂对缓解SO_(2)不利影响的作用。与梯级处理相比,联合(同步)脱硫脱碳技术可基于单一溶剂实现循环吸收-解吸。然后总结了钙法、氨法、胺法等联合脱硫脱碳(联脱)技术的最新进展,梳理并对比了各类吸收体系的原理和工艺设计,其中基于氨水的联脱工艺研究最为成熟。还简述了两类协同脱除技术的优缺点和发展前景。最后,建议对于梯级脱硫脱碳技术未来应重点关注SO_(2)的胺降解机理及其在开发预防降解措施中的作用,对于联脱技术应加强反应理论和集成工艺建模研究等。

LNG接收站管道振动分析技术

液化天然气接收站的往复式压缩机、离心泵等动设备较多,且管网系统较为复杂,流体流动过程中扰动较多,以上因素导致管道极易发生振动。为了避免或降低管道振动的风险,对引起管道振动的原因、管道振动的评价、管道振动的预防和缓解措施进行综述,提出了避免或降低管道振动风险应开展的工作。

基于成本效益分析的燃气发电项目后评价研究——以某燃气轮机联合循环发电厂为例

对某燃气轮机联合循环发电厂的后评价,采用成本效益分析方法,计算项目的各项成本和效益,评价项目的经济、社会和环境效益。项目的净现值、内部收益率、投资回收期和成本效益比等指标均符合投资要求。项目还能节能减排,提升电网调峰能力,促进地方经济发展,具有高社会和环境效益。成本效益分析方法能全面评价燃气发电项目的综合效果和可持续性。

基于专利分析的小型站内天然气制氢技术发展态势研究

站内天然气制氢可应用成熟的天然气输配网络,解决氢气储运成本较高的问题,逐渐成为站内制氢领域研究热点。通过研究国内外小型站内天然气制氢技术相关专利现状,阐述并分析了该技术存在的问题、研究现状、应用情况及该技术未来发展方向。现阶段对小型站内天然气制氢技术研发主要集中在对工艺的优化和重整反应器研发上,其次是对催化剂和变压吸附器的研发。我国对于小型站内天然气制氢技术的需求量较高且本土市场体量较大,但从技术研发的角度讲,美国和日本在该技术领域仍处于龙头地位。随着我国氢能示范城市群的有序推进,氢气需求量稳步增长,小型站内天然气制氢技术具有广阔的发展前景,将助力我国氢能产业稳步发展。

甲烷作为储氢介质产业模式下的关键技术分析

随着"双碳"目标的提出,氢能作为一种无碳能源,有望成为未来能源的重要形式。甲烷(CH_(4))作为天然气的主要成分,质量含氢量高达25%,是烃类中质量含氢量最高的物质,基于天然气储运的完善基础设施,可有效避免氢气(H_(2))难于储运的产业发展痛点。分析了甲烷作为储氢载体的氢能产业发展技术路径,从制氢端考虑,对甲烷重整制氢、甲烷裂解制氢技术的现状以及面临的挑战加以分析;从甲烷制取角度,介绍了甲烷化技术的动态和难点。

加氢站高压加注设备技术专利分析

本文针对加氢站加氢设备存在对外依存度的问题,从专利申请趋势、创新技术聚焦、重点企业技术特点等角度对加氢机技术专利进行了分析,提出国内加氢设备专利布局建议。在氢能尤其是加氢站高压气态加注行业起到推动加快国产化高压氢气加注关键设备知识产区布局作用。氢能作为零碳排物质能源被认为是终极能源形式,随着“双碳”目标的提出,氢能产业迎来快速发展,其中重要的基础设施--加氢站建设被各地政府列入“十四五”产业发展规划中。国际上已普遍认同长途重卡将是燃料电池应用的最佳场景,丰田、现代、尼古拉等纷纷推出燃料电池重卡样车。

LNG发电船市场及初步方案研究

总结东南亚、南非等地区的电力情况以及燃料油船的应用情况,结合液化天然气(Liquefied Natural Gas, LNG)发电船的优点,分析LNG发电船的应用前景。从燃气发电、LNG气化、电气系统、LNG储存四大模块对LNG发电船初步方案进行研究。燃气发电模块采用2套单轴燃气—蒸汽联合循环机组、海水直流冷却的方案,发电功率约216 MW;创新性地将燃气发电模块的冷却水用作LNG气化模块的热源,减小了气化器的规模和投资,节约了海水用量和能耗,提高了能源综合利用效率,并验证了LNG气化模块常温海水启动供给单套燃气发电机组启动的路径;电气系统模块提供向岸电供电、向其他船舶供电、发电自用等多种模式自由组合;比较不同类型的LNG船液货舱,推荐选用薄膜型液货舱。通过燃气发电、LNG气化、电气系统、LNG储存四大模块的案例计算,形成了LNG发电船一体化初步解决方案。

含杂质CO_(2)混合体系的气液相平衡计算模型

对含杂质CO_(2)体系相平衡的准确表征是CCUS(碳捕集、利用与封存)应用中的关键。为探讨针对此类体系相平衡计算的最佳热力学模型,基于CO_(2)/N_(2)、CO_(2)/O_(2)与CO_(2)/H_(2)O等3种二元混合工质的气液相平衡数据,分别使用状态方程(PR、SRK、BWRS、CPA、GERG-2008)和活度系数模型(NRTL、UNIQUAC)进行了气液闪蒸计算。结果表明,针对含杂质CO_(2)二元混合体系,CPA方程具有最高的计算精度,其结果与实验值的平均偏差仅为4.75%。随后,采用CPA方程对CO_(2)/N_(2)、CO_(2)/N_(2)/O_(2)和CO_(2)/N_(2)/O_(2)/H_(2)O等混合物的相包络线进行了预测,其对泡点、露点压力的计算与NIST(美国国家标准与技术研究院)方法计算结果的平均偏差小于3.5%,表明了CPA方程可作为一种简单且准确的含杂质CO_(2)混合体系相平衡计算方法。

煤制天然气与燃煤发电的煤炭能量利用能效研究

本文综合考虑煤炭一次生产转化过程能效、二次运输能效和终端使用能效,计算煤制天然气和燃煤发电两种利用途径中,终端为照明、炊事、供暖、热电联产、工业驱动和交通时,煤炭的全周期能量利用效率。通过对比可知:居民供暖是煤制天然气的最优利用方式;其次为煤制天然气作为居民炊事使用。而煤炭作为照明、热电联产、工业驱动和交通动力使用时,从煤炭利用效率来看,煤制天然气的利用方式低于煤直接发电的煤炭利用方式。

巴西桑托斯盆地含油气系统划分与评价

巴西桑托斯盆地深水区白垩系—新生界的油气绝大部分分布于圣保罗高地,其次分布于盆地陆坡坳陷区。盆地的下白垩统区域性蒸发岩盖层为盐下油气藏的形成提供了保证。根据盆地的构造格局以及烃源岩、储集层和油气分布的特征,划分出两个含油气系统:下白垩统含油气系统和上白垩统含油气系统,下白垩统含油气系统还可划分为盐下和盐上两个成藏组合。划定了含油气系统在盆地中的分布范围。认为圣保罗高地下白垩统盐下Guaratiba群湖相碳酸盐岩层系最有勘探潜力,盆地北部和中部的上白垩统土伦阶Ilhabela段浊积岩和新生界Marambaia组内浊积岩储层具有较大的勘探潜力,西南部下白垩统盐上Guaruja组海相碳酸盐岩储层亦有一定的勘探潜力。

海气登陆管道事故工况仿真分析

作为海上气田外输唯一通道-海气登陆管道的安全对海上气田稳定运行的重要性不言而喻。为了确保海气登陆管道安全、稳定运行,提前制定有针对性的事故应急方案不仅可以将事故影响范围、程度降至最低,同时可以完善管道完整性管理,最大程度杜绝管道运行安全隐患。以中国海油某海气登陆管道沿线市场需求为基础,借助水力仿真软件(SPS)对海气登陆管道典型用气需求工况进行多场景事故分析,提前预判管道发生事故时影响范围及持续影响时间,为管道运营方制定有针对性的应急预案提供参考。分析发现,重要站场停输检修,除由于停输检修场站导致对应场站用户无法供气外,其余用户用气需求均不受影响;重点关注区域管道泄漏及破裂,发生泄漏/破裂仅对截断阀门管段间用户存在供气影响,且管道下游用户压力波动剧烈程度与“互联互通”管网供气压力及供气量密切相关;气源中断,部分用户用气事故响应时间为15~20小时,建议通过中断部分电厂用户以确保其他用户用气安全。

空气热源式气化技术在大型LNG接收终端的应用

近年来,空气热源式气化设备和技术(Ambient air-based heating vaporization,AHV)因其具有环境友好、节约能源、可持续利用等优势而在其他国家的新建LNG项目中不断得到实践验证和推行。为此,介绍了AHV的技术特点、分类及其在世界各地的最新应用情况,并与常规气化技术进行了对比,进而提出了该类技术的应用条件,分析了该技术方案的优缺点。结果认为:①LNG接收终端所处位置具体环境的气象条件(年最低环境温度、湿度、风向和风速、持续时间等)是选择合适的AHV技术的关键因素;②设计空气热源气化系统需要确定它的最低环境温度以及备用热源系统需要热机备用的工况条件;③相对于浸没燃烧式气化器,AHV系统的优势明显,且燃气(电)价格比率越高,其优势越显著;④在不适合采用海水开架式气化技术的条件下,AHV可作为优选方案;⑤在免费海水使用受限、天然气燃烧制热成本高昂的情况下,以空气热源作为气化系统基荷热源是最为便利和直接的选择。为中国规划和设计新建LNG接收终端提供了更为经济和环保的气化技术选项。

BIM技术在大型LNG储罐建设中的应用前景

大型LNG储罐的建设具有涉及专业繁多并交叉作业、工艺技术要求高、建设周期长和运营维护复杂等特点。因此,科学的管理方法和先进的工程建设理念对提高储罐建设的质量和效率、节约成本等方面具有重要的作用和意义。BIM(Building Infotmation Modeling)技术采用4D建模方法对建设工程的全部相关信息进行系统化管理,并通过统一控制和无缝交流的共享方式实现工程建设目标。结合大型LNG储罐建设的自身特点,引入BIM技术,通过建立虚拟模型和模拟工况,可对整个工程建设和运营过程进行优化控制,最终达到提高质量和节约成本等目的。鉴于中国目前已掌握了大型LNG储罐建设的传统管理方法和建造技术,引入BIM技术的条件基本具备。在未来LNG产业的发展中,该技术将在大型LNG储罐的全过程管理中发挥重要的作用。同时还建议,受技术垄断的限制,我国应加强"标准统一、技术同步、知识产权"等方面的攻关研究。

澳大利亚西北陆架油气分布规律与主控因素研究

澳大利亚西北陆架油气资源,特别是天然气资源富集,是全球液化天然气的主要供应地之一。西北陆架不仅是澳洲油气勘探潜力最大的地区,而且也是中国油公司拓展海外油气业务的重要地区。以多方面收集的数据资料为基础,探讨澳大利亚西北陆架油气分布规律,揭示油气分布主控因素,进而优选有利勘探区。区域上,已发现的油气储量主要分布于西北陆架最西南端的北卡那封盆地;层系上,油气主要富集于下白垩统泥页岩区域盖层之下的上三叠统、侏罗系或下白垩统碎屑岩储集层。油气分布整体表现为"内油外气、下气上油、以气为主"的特征,油田多局限于侏罗纪裂谷作用控制的发育有成熟生油岩的次盆地。腐殖型干酪根类型和烃源岩的高成熟度决定了西北陆架的富气特征,侏罗纪发育的裂谷控制了石油的区域分布。基于油气地质综合研究和油气发现过程,优选出了埃克斯茅斯高地、埃克斯茅斯次盆、巴科次盆、卡斯韦尔次盆、萨胡尔台地、卡尔德尔地堑和武尔坎次盆7个有利勘探区。

扎格罗斯盆地油气成藏特征及分布规律

扎格罗斯盆地是我国油气公司海外勘探的重要区域。基于最新油气田资料,系统分析了盆地的油气地质特征,总结了油气分布规律,并探讨了其主控因素。结果表明扎格罗斯盆地主要发育志留系、三叠系、侏罗系和白垩系四套主力烃源岩及古近系次要烃源岩,其中白垩系烃源岩贡献最大。碳酸盐岩是盆地的主要储层类型,从二叠系至中新统均有分布,其中上白垩统班吉斯坦(Bangestan)群和渐新统-下中新统阿斯马里组(Asmari)是主力产层;碎屑岩为次要储层,大部分位于土耳其境内的托罗斯褶皱带内。受造山运动挤压褶皱作用控制,盆地主要发育背斜构造圈闭,且油气总体上表现出垂向运移的特征。分析认为迪兹富勒坳陷、基尔库克坳陷和帕卜德赫坳陷蕴含了盆地绝大多数的油气资源,且新生界和白垩系的油气最为富集,其分布规律主要受控于烃源岩展布、圈闭分布、断层和裂缝发育程度及区域盖层的共同作用。

水平井整体压裂矩形联合井网电模拟试验研究

水平井压裂以往只是作为单井增产的一项措施,没有考虑其对注采井网的影响。鉴于此,对水平井注采井网的整体压裂进行了研究。从压裂技术角度考虑,设计了水平井整体压裂矩形联合井网,应用水电相似原理,通过电模拟试验,研究了水平井整体压裂矩形联合井网的渗流场特征和水平井压裂产能,并对裂缝参数进行了优化设计。结果表明:水平井矩形联合井网注水压力波及范围扩大,产能增加1.5～2.0倍;裂缝数量增加有利于提高注水效率,在水平段长度相同的情况下,每增加1条裂缝,油井就增产0.3～0.5倍;注水水平井的水平段越长,水驱前缘波及范围及水驱控制程度越高。研究结果表明,水平井整体压裂矩形联合井网比普通井网有较大优势。

甲烷化反应器及配套工艺技术开发

以甲烷化反应器及配套工艺技术作为研究对象,对绝热固定床反应器、等温床反应器、立式多段串联冷激固定床反应器、浆态床反应器、流化床反应器及工艺进行了详细技术分析,并对甲烷化技术的选用提出一定建议。

国内外流化床甲烷化技术研究进展

相比固定床技术,流化床技术能够强化气固两相之间的催化反应、传质和热量传递,对于强放热的甲烷化催化反应来说是最具发展潜力的新型技术之一。本文针对典型的流化床甲烷化技术及研究进展进行了总结和分析,从反应机理、工艺与反应器、催化剂三个方面对国内外相关研究成果进行梳理。经过对国内外研究进展的综合分析,认为虽然流化床甲烷化相比固定床甲烷化有明显优势,但目前流化床甲烷化技术距离工程化仍有一些问题有待研究和解决,并给出需要进一步研究的方向建议。