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好像燃燒石油及其所有衍生物對環境的危害還不夠,石油泵出時還會冒出天然氣。在許多情況下,這種副產品不容易收集——一些油田遠離可以運輸天然氣的管道,而其他選擇非常昂貴。因此,石油公司要麼將其排放到大氣中——這一過程稱為排放——要麼將其在火炬中燃燒。
這兩種方法都會產生大氣不需要的氣體:排放會釋放甲烷,一種強效溫室氣體,而燃燒會產生二氧化碳。 世界銀行估計,全球石油井中冒出的 5.3 萬億立方英尺(1500 億立方米)天然氣每年向大氣中排放約 4 億公噸的二氧化碳,以及更多的甲烷。
現有技術允許無法將天然氣輸送到管道的石油生產商簡單地將其重新注入地下,或將其用於發電,或透過安裝所謂的費託轉換系統,將以前的有害氣體轉化為液體燃料,等等。但這些方法的成本遠高於燃燒的每千立方英尺(28 立方米)約 50 美分,而且對於大型油田來說,成本高達數百萬美元。例如,費託系統的起步價為 10 億美元。
現在,一種新工藝為將滯留的天然氣轉化為有用且可運輸的東西帶來了希望:汽油。總部位於達拉斯的公司Synfuels International 正在推銷一種將油井排放物轉化為塑膠或燃料的構建模組的工藝。自 2005 年以來,該公司一直在德克薩斯州運營一家示範工廠,並且正在談判在休斯頓附近建立其第一家商業設施。
Synfuels 總裁湯姆·羅爾夫說:“我們的工藝可以進入油田,並且無需電力或水即可將原本將被燃燒的氣體轉化為汽油,或者可以與原油混合以提高質量和數量。任何可銷售的運輸燃料都是我們真正的最終目標。”
它是如何運作的:天然氣透過加熱裂解——透過燃燒一些天然氣來產生 2,700 到 3,300 華氏度(1,480 到 1,815 攝氏度)的溫度——轉化為乙炔,一種簡單的碳氫化合物。乙炔被液體溶劑吸收,然後反應生成乙烯,一種較長的碳氫鏈,是許多塑膠、洗滌劑和其他產品的起始成分。當目標是液體燃料時,乙烯就會發生化學鍵合,形成我們所知的汽油或煤油(航空燃料)的更長碳氫鏈。羅爾夫說:“我們仍在開發一種生產柴油的工藝。”
該工藝將大約 50% 的天然氣轉化為乙炔——另一半用於驅動該工藝的熱量燃燒,這仍然會向大氣中釋放二氧化碳——並且幾乎將所有乙炔轉化為乙烯,然後將乙烯轉化為燃料。羅爾夫說:“在最佳的真實條件下,從(天然)氣到燃料級液體的總轉化率高達 46%”——與採用費託技術的現有設施(如總部位於約翰內斯堡的 Sasol 有限公司在南非的工廠)一樣好或更好。
所得燃料不含硫。(硫和汞作為固體被去除,可以掩埋或轉化為有用的材料。)而且,在某些國家/地區,它可以直接用於汽車或其他車輛。(在美國,空氣汙染法規要求將其運往煉油廠進行最終加工或與芳香性較低的汽油混合。)羅爾夫指出:“在沙烏地阿拉伯這樣的國家,你可以用我們生產的汽油加滿你的汽車,然後開車離開。”
在美國,由於現有基礎設施,發電或將天然氣輸送到管道中通常是有意義的。但在奈及利亞,例如,石油公司每年在石油平臺上燃燒約 8500 億立方英尺(240 億立方米)的天然氣,由於平臺位置偏遠,不需要發電,也沒有管道輸送天然氣。在這些地方,Synfuels 的工藝或費託工藝可能會在財務上可行。但羅爾夫說,Synfuels 工藝工廠的成本為 1.5 億美元至 2 億美元,僅佔費託價格的一小部分。羅爾夫指出:“如果沒有管道,你就是在燃燒金錢(透過燃燒),並傷害地球。”
此外,Synfuels 工藝可以處理少量天然氣——每天 100 萬到 3 億立方英尺(850 萬立方米)。這一點很重要,因為大多數油井不會噴出大量天然氣,這使得 Synfuels 的方法即使在較小的油田也很有用。根據天然氣本身的質量,該工藝可以生產汽油,成本約為每桶 31 美元至 63 美元(每加侖 73 美分至 1.50 美元),具體取決於天然氣是純甲烷(轉化成本更高)還是混合了其他碳氫化合物。
但這項技術不僅對發展中國家所謂的滯留天然氣有用;在阿拉斯加,許多天然氣只是被重新注入回其來源的油井,以提高石油產量或只是避免大氣排放或燃燒。羅爾夫說:“有了 Synfuels 工廠,如果你捕獲並處理今天被重新注入和浪費的所有天然氣,你每天可以生產 550,000 桶(8750 萬升)汽油。” 這轉化為金錢:將全球燃燒的天然氣中的 10% 轉化為以每桶 70 美元的價格出售的汽油將產生 31 億美元的收入。
桑迪亞國家實驗室的化學工程師詹姆斯·米勒指出:“從環境角度來看,任何使用天然氣的方式都比燃燒好。” 但“經濟效益將高度依賴於你如何處理這種(工藝)的合成氣成分。”
Synfuels 化學家埃德·彼得森說:“所有的合成氣都用於熱量或能源生產,”該公司透過利用這些副產品來製造能源,並採用由碳合金化的廉價鋼以及易於維護的低壓元件來降低成本。在未來三年內,該公司希望在美國、千里達及托巴哥、奈及利亞和伊拉克建立四個這樣的工廠,並且正在阿根廷、澳大利亞、哈薩克和科威特進行談判。彼得森說:“世界各地都有巨大的動力來阻止氣體燃燒。這只是其中的一種方式。”