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打开页岩气开发之路 叩响绿色技术大门
发布时间:2016-06-02
  • 中国实验仪器网】讯

      3月29日,中国石化公布2015年度业绩:在国际油价低位震荡下行、成品油需求增速减缓的大背景下,公司净利润达人民币437亿元,取得了骄人的成绩。在这亮眼的业绩背后,是中国石化坚持把创新摆在公司发展核心位置的宗旨,是持续加强节能环保、绿色低碳等技术攻关与应用的不懈努力。领先全球的页岩油气勘探开发、堪与国际一流比肩的炼油化工技术与装备、缔造了全国首座“无烟城”的地热开发……中国石化,以“中国速度”书写着“中国奇迹”,叩响了绿色技术的大门。

      页岩气的加速度

      风景秀美的涪陵除了驰名海外的榨菜,还拥有一张耀眼的名片——中国石化涪陵页岩气田。

      此前,在美国举行的第五届世界页岩油气峰会,授予中国石化“页岩油气国际先锋奖”,以表彰北美以外世界首个页岩气重大商业发现,中国成为继美国、加拿大之后,世界上第三个实现页岩气商业开发的国家。

      2015年12月29日,中国石化正式宣布:页岩气开发取得重大进展,国家级页岩气示范区——中国石化涪陵页岩气田顺利完成50亿方/年产能建设目标。这标志着我国首个实现商业开发的大型页岩气田一期正式建成投产,将对促进我国能源结构调整,加快节能减排和大气污染防治具有重要意义。中国石化同时宣布:正式启动二期50亿方建设,力争2017年建成百亿方大气田,推动我国页岩气开发加速迈进大规模商业化发展阶段。

      以“中国速度”书写“中国奇迹”

      近年来,美国页岩气产业快速发展,页岩气产量约占天然气总产量的40%,大大提高了本国能源自给率,改变了美国能源消费结构,降低了能源的对外依赖,实现了能源自给。国际社会普遍认为,页岩气开发是全球能源领域的一场革命,它不仅增加了全球天然气产量,更对全球天然气市场、能源供应格局、气候变化政策甚至地缘政治都产生了重要影响。

      中国石化涪陵页岩气田是全球除北美之外最大的页岩气田。2014年3月,中国石化宣布涪陵页岩气田提前进入商业开发,率先取得页岩气勘探开发重大突破。页岩气开发属于世界级难题。面对前所未有的巨大挑战,涪陵页岩气田三年勘探、三年开发,顺利建成50亿方产能,以“中国速度”,依靠“中国创造”,书写“中国奇迹”,取得了举世瞩目的成就。

      成就一:创新形成海相页岩气勘探理论和开发技术系列。针对我国海相页岩气地表环境差、地质条件复杂等特点,创新提出“二元富集”理论,建立了选区评价标准;创新集成以页岩气藏综合评价、水平井优快钻井、长水平井分段压裂试气、试采开发和绿色开发配套为主的涪陵页岩气开发技术体系,有效突破了页岩气勘探开发的技术瓶颈,为我国页岩气大规模勘探开发奠定了理论和技术基础。

      成就二:形成了可复制、可推广的页岩气开发模式。涪陵页岩气勘探发现以来,探索形成了油公司体制、市场化运作、自主化创新、项目化管理的开发建设模式,创新形成的理论、技术、管理体系,以及互利共赢的企地合作模式,初步实现了国内首个页岩气示范区、示范基地的引领带头作用,为国内页岩气产业发展提供了有益的借鉴参考。

      成就三:创建了适合页岩气高效开发的产业化模式。建立以“市场化运作、项目化管理”为核心的油公司模式,实现了在全球范围内的资源优化配置,开发成本不断下降,单井投资较初期减少20%;创新“井工厂”生产组织模式,生产效率不断提高,创造了一系列工程施工的“涪陵速度”,钻井、压裂施工周期较初期减少40%左右;创立“标准化设计、标准化采购、模块化建设、信息化提升”的地面建设模式,实现了页岩气地面集输系统的工厂化预制、模块化成撬、撬装化安装、数字化管理,树立了页岩气田高效开发建设的典范。

      成就四:实现了关键技术和装备的国产化。自主研发了国内首台步进式、轮轨式和导轨式钻机、大功率3000型压裂机组、连续油管作业车、带压作业车等大型装备,以及螺杆、PDC钻头等钻具组合和可钻式桥塞等配套井下工具,实现了关键装备和配套工具的国产化,打破国外垄断,大批量投入现场应用,为我国页岩气跨越式发展提供了有力支撑。

      成就五:实现了页岩气安全绿色开发。中国石化倡导并践行绿色低碳开发,推行“减量化—再利用—再循环”的清洁生产方式,做到了水体保护有效、废水重复利用、污水排放为零;推行“丛式井”设计、“标准化”施工等集约化用地措施,严格实施土地复垦方案,恢复生态原貌,单井土地征用面积较常规节约30%以上。

      成就六:创建了企地合作共赢的典范。通过企地双方签订《涪陵页岩气开发利用战略合作协议》、成立页岩气合资公司、建立高层协调决策机制和月度联席会议制度,将企业发展与政府协调服务融为一体,探索了企地合作的新模式。地方政府层层建立能源建设领导小组,为气田建设创造了良好环境;企业严格履行社会责任,积极参与地方公共设施建设和社会公益事业,并以页岩气勘探开发产业链为基础,有效带动地方就业,有力支持地方经济社会发展,实现了企地共享共赢。

      助力绿色发展的“福气”

      研究表明,1立方米天然气与相应可替代的煤炭相比,可减排二氧化碳40%~50%、氮氧化物44%~80%、二氧化硫和烟尘近100%。中国石化涪陵页岩气田的开发建设,取得了显著经济效益、社会效应和环境效益。

      一是有力推动了我国能源结构调整和优化。目前我国天然气消费占一次能源消费比重仅为5.5%,远低于同期世界平均24%的水平。2015年6月,涪陵页岩气搭乘中国石化川气东送能源管道,已输往华中、华东、华南地区,成为助力重庆市乃至沿途省市绿色发展的“福气”。中国石化涪陵页岩气田的开发建设,在页岩气资源评价体系、工艺技术体系和压裂装备研发制造等方面取得的重要突破,预示着我国页岩气将迎来大规模勘探开发的新局面,将有力推动我国能源结构的调整和优化。

      二是极大促进节能减排,改善环境质量。涪陵页岩气田50亿方产能建成,可每年减排二氧化碳600万吨,相当于植树近5500万棵、近400万辆经济型轿车停开一年,同时,减排二氧化硫15万吨,氮氧化物近5万吨。

      三是带动地方经济发展,惠及当地百姓。页岩气的开发、加工以及管网建设,给当地百姓生活、企业生产带来了用气上的便利,也带来新的商机。中国石化与当地政府成立合资公司,共享页岩气开发建设成果;引进了25家当地供应商参与生产建设;为当地企业和燃气公司供气,保障当地用气,并为当地居民提供就业机会。据当地政府统计,“涪气”已拉动涪陵区GDP增长1.5个百分点。焦石镇干部盛潮洪说:“我琢磨着算了一下,每开发一口页岩气井,就会给焦石镇带来20万~50万元收入,这是真金白银。”

      “十三五”的目标

      下一步,中国石化将加强一期产能现场管理,同时加快二期产能建设区方案编制。其初步规划在涪陵区等地区部署90多个平台300余口井,再新建50亿方产能,力争2017年建成100亿方产能规模大气田。未来,将跟踪其他地区勘探进展,落实三期产能接替阵地。

      中国石化表示,将秉承“决不以牺牲环境为代价去换取一时经济增长”的理念,始终把安全环保、绿色低碳作为重中之重,严格实行“废水循环用、废气减排放、废渣严处理”,促进“节能、降耗、减污、增效”的勘探开发全过程清洁生产;继续加强与重庆市政府在产业发展、社会事业、民生工程等多种领域、多方位的合作,坚持发展共谋、责任共担、城乡共建、互利双赢,形成企地利益共享的长效机制。

      5月19日,中国石化与重庆市人民政府签署“十三五”期间战略合作协议。中国石化集团公司党组成员、副总经理焦方正表示,中国石化将与重庆市共同携手,加大页岩气勘探开发力度,力争“十三五”末在渝累计建成页岩气年产能150亿立方米,并努力实现年产量100亿立方米的目标。

      让中国人穿暖穿好的芳烃技术

      芳烃,包括甲苯、对二甲苯等,是重要的基础化工原料。我们穿的衣服、坐的汽车、食品药物饮料包装、用的各类塑料……衣食住行的方方面面,都少不了芳烃的影子。它是化学工业的重要根基,广泛用于三大合成材料以及医药、国防、农药、建材等领域。对二甲苯是用量最大的芳烃品种之一,与人们的生活息息相关。我国对二甲苯自给率仅为50%,一个重要的原因是芳烃生产技术长期依赖进口,技术费用昂贵,产业发展受制于人。

      芳烃成套技术是复杂的系统工程,包括原料精制与精馏、芳烃异构与转化、吸附分离等工艺及工程技术,系统集成度高,开发难度大,之前仅有美国和法国两家著名公司掌握,技术壁垒非常高。

      历经四十多年,中国石化科技工作者成功开发了具有自主知识产权的芳烃成套技术,使我国成为世界上第三个掌握该技术的国家。2016年1月8日,中国石化“高效环保芳烃成套技术开发及应用”项目荣获2015年度国家科学技术进步奖特等奖,这是中国石化第二次荣获国家科技进步奖最高奖项。该项目第一完成人,中国石化集团公司总经理、党组副书记戴厚良作为获奖项目代表,接受党和国家领导人颁奖。

      事关国计民生

      “开发自主芳烃成套技术是几代石化人的梦想,也是几千名参与项目攻关人员共同努力的成果。我们的技术帮助解决人们穿衣难题,这对解决我国粮棉争地矛盾至关重要。”戴厚良说。

      发展芳烃项目是经济发展和人民生活的需要,事关国计民生。上世纪70年代,以对二甲苯为原料生产的“的确良”和“涤卡”,给人民的生活带来了光鲜和靓丽。如今,约65%的纺织原料、80%的饮料包装瓶都来源于对二甲苯。近15年来,我国对二甲苯消费量年均增长率高达20%。由对二甲苯生产的化学纤维可以替代约2.3亿亩土地产出的棉花。应用芳烃技术节省出的棉田就可以种粮食,为有效解决粮棉争地矛盾、守住18亿亩耕地红线作出重要贡献。

      通过物理化学、催化材料、智能控制、工艺工程等原理与方法创新,中国石化高效环保芳烃成套技术达到国际领先水平,显著提升了我国芳烃生产技术水平和国际竞争能力,使我国成为世界上第三个掌握该项技术的国家,取得了重大的技术突破、经济效益和社会效益,践行了中国创造,具有里程碑意义。

      40余年攻坚克难

      我国芳烃成套技术的开发经过了40余年的攻坚克难。1972~2008年,中国石化与中科院及有关高校开展合作研究,为芳烃技术发展奠定了基础。2003年以来,为实现重点跨越、创新引领的目标,科技部、中国石化通过“973”项目、“十条龙”重大科技攻关等形式持续支持,2009年中国石化专门成立了芳烃成套技术攻关组,发挥体制优势,集科研、设计、建设、生产等单位2000多名技术人员联合攻关。经过40余年孜孜以求、不懈努力,中国石化成功开发出具有完整自主知识产权的高效环保芳烃成套技术,显著提高产品分离和芳烃资源利用效率,大幅节能降耗、减少固废排放,实现五大创新。

      一是首创原料精制绿色新工艺。以化学反应替代物理吸附,实现了原理创新,精制剂寿命延长40~60倍,固废排放减少98%。

      二是首创芳烃高效转化与分离新型分子筛材料。重芳烃转化能力提高70%~80%,资源利用率提高5%,吸附分离效率提高10%。

      三是集成创新控制方法实现智能控制。实现短时间大流量变化的快速调控,吸附塔压力波动幅度显著降低,确保了装置长周期本质安全与高效精准运行。

      四是首创芳烃联合装置能量深度集成新工艺。装置运行实现由“需要外部供电”到“向外部输送电”的历史性突破,单位产品综合能耗降低28%。

      五是创新设计方法与制造工艺实现了关键装备“中国创造”。创新设计并建造了世界规模最大的单炉膛芳烃加热炉和多溢流板式芳烃精馏塔,率先开发了新型结构的吸附塔格栅专利设备,流体混合与分配均匀性显著提高。

      石油化工技术的“里程碑”

      业内院士和专家对中国石化高效环保芳烃成套技术给予了高度评价,认为芳烃成套技术成功开发是石油化工技术的“里程碑”,项目在工艺、工程装备、控制方法与系统、吸附与催化材料等方面取得多项重大创新与突破,处于国际领先水平,具有重要推广应用价值。

      中国石化高效环保芳烃成套技术累计获得40余项国内外专利授权,形成了完整自主知识产权,出版专著1部,获中国发明专利金奖1项,获省部级科技进步奖特等奖1项、一等奖2项。自主开发的成套技术工艺包、工程设计和管理软件等,使我国不仅成为成套技术专利商,而且成为工程建设EPC承包商,取得了显著社会效益。

      一是能耗物耗显著降低,实现高效环保。与国内同期开工装置相比,中国石化高效环保芳烃成套技术单位产品能耗低28%,环保监测指标全面优于最新国家标准,具有明显竞争优势。

      二是带动化工与流程制造业发展。通过技术创新,项目95%的设备自主设计与建造。此外,还可带动吸附剂、催化剂、化工装备等制造业发展。创造新增就业,社会效益显著,践行了中国创造。积极推动技术出口,对于贯彻“一带一路”战略,带动化工与流程制造业发展,具有重要意义。

      三是保障纺织原料供应、产业链完整及经济结构安全。我国是纺织大国,发展芳烃项目对于解决粮棉争地矛盾,保障纺织原料供应、产业链完整及经济结构安全至关重要。仅海南炼化60万吨对二甲苯生产的纤维,就相当于海南全省有效耕地产出的棉花。

      绿色“无烟城”的背后推手

      从中国石化集团的总部北京朝阳门往南约120公里,即达到华北首座“无烟城”——河北雄县。中国石化新星公司与河北雄县合作打造“无烟城”的成功经验,被业界称为地热开发“雄县模式”。

      2014年2月,国家能源局在雄县召开现场会,向全国推广“雄县模式”,明确在河北、山东、陕西等地热资源条件好的省份,创建以地热能为主供暖的“无烟城”。雄县地热项目作为中国石化新能源利用的典型示范,还曾在2012年联合国可持续发展大会上参展。

      如今,作为“雄县模式”背后最大的推手,中国石化已悄然成为国内最大的地热开发企业。这其中既有中国石化本身所拥有的地质勘查优势,也与中国石化制定的战略有关。

      地热产业的春天

      地热资源是一种清洁可再生能源,储量大、分布广,具有清洁环保、用途广泛、稳定性好、可循环利用等特点,与风能、太阳能等相比,不受季节、气候、昼夜变化等外界因素干扰,是一种现实并具有竞争力的新能源。

      地热资源的开发看似与中国石化的主营业务关联并不大,但其实与油气开发的技术也有一定的相通性。新星公司新能源研究院院长刘金侠介绍说,地热能的勘探以及钻井过程中,与油气勘探开发有类似之处,都需要运用地球物理勘探方法,也都需要有尾水回灌、防垢除垢等技术。

      或许正是基于类似的技术背景,中国石化新星公司很早就开始探索开发地热资源。早在1998年,新星公司就在陕西咸阳钻凿了第一口地热井,如今新星公司已在供暖、制冷、发电、梯级利用、回灌、地热尾水处理等方面形成了配套技术。2006年以后,新星公司常规地热利用规模几乎以连年翻番的速度在加快发展。

      2013年2月21日,中国石化集团公司党组在雄县地热项目现场召开的会上确定,将地热业务作为集团公司的一个单独产业进行整体规划,充分发挥集团“上中下游一体化”的优势,加快发展,并明确新星公司作为中国石化集团清洁能源专业公司的发展定位。这次会议后,中国石化地热产业发展迎来了真正的春天。

      与“中国温泉之乡”的合作

      雄县是华北乃至全国地热资源最为丰富的地区之一,地热田总面积320平方公里,地热水储量达821.78亿立方米,相当于6.63亿吨标准煤。

      中国石化新星公司与“中国温泉之乡”河北雄县合作,通过“取热不取水”先进技术,有序开采利用当地丰富地热资源,打造了全国首座绿色“无烟城”,累计钻凿地热井61口,建成换热站33座,敷设管网65公里,供暖能力达385万平方米,年可替代标煤10万吨,减排二氧化碳76万吨。

      中国石化新星公司按照“整体规划、分步实施、综合利用、良性发展”原则,坚持在开发中保护、在保护中开发,应用“采灌均衡、间接换热、高效集输”先进工艺技术,建立集中联网式区域供热系统,地热开发井采出地热水进入换热站,与软水进行热交换,获取热量的软水进入用户供暖,换完热的地热尾水,通过回灌井回灌地下,实现地热尾水的100%同层回灌,真正做到“取热不取水”,既有效保护了地热热储,又避免了直采直排可能造成的环境污染,使地热开发利用走上了科学、规模、高效、可持续的良性轨道。

      再造20座“无烟城”

      中国地热资源丰富且潜力巨大,全国主要盆地常规地热资源储量折合标准煤8530亿吨,年可利用量折合标准煤6.4亿吨,充分利用后可减排二氧化碳13亿吨。在当前资源环境约束益发趋紧和防污治霾形势异常严峻的大环境下,加快开发利用地热资源意义十分明显。

      目前新星公司地热市场已扩展至全国17个省份,地热供暖能力近3000万平方米,拥有地热井280余口,换热站180余座,年可替代标煤67万吨,减排二氧化碳170万吨,成为全国常规地热开发利用规模最大的企业,获评“中国节能减排领军企业”。

      据悉,“十三五”期间,中国石化新星公司将围绕“新城镇、新能源、新生活”,积极践行绿色发展理念,大力推广以“地热 ”为主题的新能源集成项目,坚持深浅结合、冷暖结合、热光电结合,加快布局国内国外两个市场,不断放大“雄县模式”效应,携手有关地方政府,再造20座“无烟城”。

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