甲烷排放控制技术盘点，你都知道吗？

　　减少石油和天然气供应对环境的影响是全球能源转型的关键要素。石油天然气从开采到销售的全流程都伴随着甲烷排放，基于人们对甲烷排放的认识不断加深，减排的重要性也不言而喻。IEA给出了一些甲烷控制措施，希望可以为企业提供全面高效的检测和处理方法，实现环境保护和生产发展的双赢。
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　　随着企业对甲烷排放的重视不断加强，2020年中石油宣布2025年甲烷排放强度将再降50%。
　　甲烷减排选择
　　由于检测系统的成本非常高，全面高效的检测方式和甲烷排放计量仍然是一项根本性挑战。
　　实际上行业内已经非常熟悉有组织排放和无组织泄漏的控制手段，挑战在于通过监管手段激励企业或者是让企业自愿自发地将这些减排技术切实部署。在许多情况下，投资减排技术具有经济效益，因为安装更合适的设备或执行新的操作程序可以快速实现减排。当减排的经济效益不能填补投资成本时，或存在其它原因导致企业不能采取高效的减排措施时，政策和监管的干预可以帮助企业提高减排的积极性。
　　新天煤化工项目净化甲烷装置区。
　　减排技术和成本
　　有各种各样的技术和措施可以减少石油和天然气生产中的甲烷排放，根据IEA估计，如果在油气产业价值链上应用所有减排方案，可以避免约75％的甲烷排放。
　　重要的是，由于甲烷是一种有价值的产品，并且在很多情况下如果能对其进行收集，就可以销售获取利润。IEA还估计，按2019年天然气价格计算，如果将收益和成本相抵的措施作为零成本措施，则采用零成本措施可以避免约40％的总排放 。
　　2019年石油和天然气相关甲烷排放量的边际减排成本曲线（按不同处理措施）。
　　更换现有设备
　　石油和天然气产业价值链中的许多设备在正常运行过程中会产生甲烷排放，包括阀门、气驱气动控制器和泵。改造这些设备或更换为低排放设备可以实现减排，政策和法规在激励企业更换减排设备方面能发挥重要作用。
　　1 替换为仪表空气系统
　　泵和控制器在井场以及整个石油和天然气供应链中应用广泛。通常这些设备是气动的，使用加压天然气作为动力源会产生甲烷排放，可以用仪表空气系统代替它们，功能相同而且不会排放甲烷。
　　2 更换泵
　　泵同样应用广泛。通常这些泵是使用加压天然气作为动力的气动泵，会产生甲烷排放。可以更换为由太阳能或其他发电机供电或并网的电动泵来消除排放，也可以更改为仪表空气系统泵。
　　太阳能泵。
　　3 替换为电动机
　　即使将气动设备从高排放换为低排放，也会排放少量甲烷，可利用电动的＂零排放＂设备替代低排放设备解决这一问题。此外，电动机也可以替代在钻井和完井期间现场使用的柴油或汽油发动机。
　　4 更换压缩机密封或活塞杆
　　在石油和天然气供应链中通常使用两种类型的压缩机，分别是往复式和离心式。往复式压缩机随着密封老化，泄漏的可能性也会增加，因此，更换活塞杆可以实现减排。而离心式压缩机两端的密封面可能是泄漏源，因此需要用干密封代替湿密封，或者对压缩机进行脱气，收集废气重新利用。
　　5 替换间歇性排放设备
　　气动设备可用于整个生产现场和压缩设施，以控制和操作压力变化的阀门和泵。由于设备的功能性质，在运行时会产生少量排放，根据气体的排放速率，可以将设备分为低排放、间歇性排放和高排放。间歇性排放设备仅在启动时产生排放，因此可以使用低排放的设备代替高排放的设备，实现间歇性排放设备的减排。
　　激励企业的政策法规 政策法规可以要求在现有操作中逐步淘汰高排放和气动设备，提高压缩机零件更换的频率，或者在新建井场中仅允许使用低排放设备和干式密封。也可以要求每个产生排放的设备都连接到废气收集系统，并将废气送往火炬，从而将甲烷转化为二氧化碳。也可以基于整个井场的产能设置排放限值，为了实现排放达标，企业可能选择更换部分高排放和气动设备。
　　基于数据收集的法规可要求井场操作员将设备连接到计量排口，从而量化这些设备的排放。这样的法规可以与排放限值配合使用，要求企业确认排口的上游情况，从而选择最经济有效的减排方案。
　　此外，将设备连接到计量排口也可以支持碳税和温室气体排放税政策。政府可以通过向产业链的其他环节增加碳税，来推动企业更换低排放或零排放设备。这样的做法可能还会促进更多管道的建设，让回收的气体更快速地进入市场。
　　安装新的排放控制设备
　　在整个供应链中，可以安装新设备来减少或者避免大量甲烷排放。例如，在末端安装VRU和柱塞回收等设备收集气体，这样的环境影响远小于直接排放。
　　1 安装VRU
　　VRU是小型压缩机，旨在收集石油和天然气供应链中的设备累积的排放物。例如，VRU可以帮助储罐排空累积的油气，这些油气直接排放不仅污染环境，可能还会发生爆炸。
　　安装VRU实施油气回收。
　　2 废气收集
　　设备泄压的时候，可能会在井口或供应链的其他地方产生废气。收集废气后可以在现场使用或运输到销售线，不仅可以减少浪费，还能创造经济价值。
　　3 安装火炬
　　虽然火炬也是CO2和甲烷的排放源，但直接将甲烷排放到大气对环境影响太大，因此安装火炬将多余气体进行焚烧处理可以大大减少环境影响。便携式火炬不仅能扩大井场的火炬处理量，而且可以为修井或完井期间收集的甲烷提供排口。
　　安装火炬也可以处理多余的甲烷。
　　4 安装柱塞回收设备
　　在生产井的使用寿命内，需要定期清理井下液体，来保持产品的流动性（通常称为＂卸载液体＂）。传统做法中，油井操作员打开油井并排放甲烷，通过泄压提取液体。安装柱塞升降可以提高效率，同时限制甲烷排放。
　　激励企业的政策法规政策法规可以要求企业收集特定设备或操作中的甲烷，并与生产线匹配或送到火炬。也可以要求企业安装VRU或柱塞回收设备。此外，还应规定企业正确使用和维护设备，来实现最佳实践效果。
　　政策法规还可以设置排放标准或征收排放费用，企业为了实现达标排放或避免税收，可能会选择安装废气收集设备。
　　实施LDAR
　　LDAR包含几种不同的技术和设备类型。一种常用的方法是使用红外气体成像仪，可以看到甲烷的泄漏。LDAR适用于整个产业供应链，需要注意的是，LDAR根据组件类型的不同有固定的实施频率。
　　红外气体成像仪拍摄到的甲烷泄漏。
　　不同的生产环节LDAR实施成本也有差异，在上游实施LDAR成本效益更高，因为在生产装置，压缩机比较集中；在运输线上，压缩机比较分散，需要的时间更长。
　　激励企业的政策法规虽然许多企业已经实施了LDAR，但操作程序和严格程度的差异很大。因此，法规可以通过指定检测方法、根据泄漏的严重性设定修复时间、要求详细的记录保存和泄漏组件的报告来规范操作。维护泄漏设备的详细记录非常重要，因为分析记录可以尽早解决问题，防止大量泄漏的发生。
　　虽然准确测量甲烷排放存在困难，但是随着连续监测系统、空中监测、卫星监测等技术手段的发展和部署，法规也可以不断完善，确定排放的详细情况。
　　采用创新技术
　　IEA还分析了一些其他创新技术，在减排边际曲线中属于＂其他＂。
　　1 安装新的减排催化剂
　　燃气发动机和涡轮机的废气中含有不完全燃烧产生的甲烷。氧化催化剂用于减少其他碳氢化合物的未燃烧排放，科学家也在紧锣密鼓地推进新型催化剂的研发。
　　红外气体成像仪拍摄到的甲烷泄漏。
　　2 安装微型设备
　　企业可部署微型涡轮机、小型CNG（压缩天然气）、小型GTL（从气到液）或小型LNG设备，帮助偏远地区压缩或液化伴生气。这些技术通过收集气体，给现场设备、周围居民区、卡车或铁路运输使用，从而避免排放和燃烧。
　　3 维护前进行管道排空
　　管道排空包括在维护或维修之前使用压缩机降低天然气管线中的压力，该技术避免了泄漏问题。
　　跨阿拉斯加的输油管道。
　　4 实施减排或绿色完井
　　REC（减排完井）是收集甲烷的替代方法，可避免甲烷在完井或改造现有井时产生排放。此外，将收集到的气体输送到销售管道可减少燃烧需求。
　　激励企业的政策法规虽然已经有许多检测、计量和减少甲烷排放的技术，但这是一个不断涌现新技术的动态领域。因此，政策和法规必须与技术进步相适应，法规不能成为减排的阻碍。例如，如果某法规要求用一种高度规范化的方法来测量站点中不同来源的排放量，则企业可能在法律上难以采用空中监测或卫星遥感技术等不同的替代方法来测排放量，进而失去完善和改进传统测量技术的机会。
　　精心设计的法律体系有助于改进技术，甚至可以激励企业寻求创新解决方案。例如出台一项政策：制定工厂或企业的整体目标，并让企业能够选择最适合的合规措施，这可以激励企业采用新的解决方案。所有政策方针都能建立起适应性机制，例如，使法规允许采用其他技术方法来测量、监测或减少甲烷排放，而无需进行新的规则制定。最后加入补充性政策，比如政府投资研发，对愿意试行新技术的企业加快许可流程或免除申请费，这类做法也可以有效地将新思想带入商业运营。
　　自愿自发的减排措施
　　如上所述，为了减少甲烷排放量或油气生产排放强度，目前政府采取了多种政策和法规措施。还有一些行业主导的自发性努力，旨在减少油气行业运营活动中的甲烷排放：
　　MGP（甲烷减排指导原则）建立于2017年，它是一个多方利益相关者协作平台，汇集了来自油气行业、政府组织（包括IEA）、学术界和民间团体的20多个机构。MGP旨在增进对减少甲烷排放理念的理解和找到最佳做法，制定和实施甲烷政策和法规。
　　OGCI（油气行业气候倡议组织）旨在优化收集甲烷数据的方法，开发并实施具有成本效益的甲烷管理技术; 它由13家主要的国际石油天然气公司组成。2018年，OGCI宣布了一个目标：到2025年将其上游天然气和石油业务的总体平均甲烷强度降低到0.25％以下，并最终达到0.2％的水平。
　　OGCI成员合影。
　　OGMP（油气甲烷伙伴关系，气候和清洁空气联盟组织开展的一项倡议）为公司提供调查和处理排放的协议，及用于展示成果的平台。它由10家石油和天然气公司、政府、联合国环境署、世界银行和环境保护基金会组成。
　　自愿自发的行动在开发新的减排方法和证明方案的可能性与可行性中发挥至关重要的作用。但是，由于自愿采取行动的企业有限，并且从政策角度看可能无法完成期望的目标，自愿行动可以实现的减排效果也是有限的。因此，各国政府制定的有效目标、政策法规对于甲烷排放与可持续发展保持一致步调也至关重要。
　　引用 1.https://www.iea.org/reports/methane-tracker-2020/methane-abatement-options#abstract
　　2.https://zj.zjol.com.cn/news/766907.html?ismobilephone=1&t=1523446814167
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　　4.http://www.dechuanghk.com/productinfo/804446.html
　　5.https://www.magnetrol.com/zh/zheng-qi-hui-shou-zhuang-zhi
　　6.https://www.onlyinyourstate.com/alaska/trans-alaska-pipeline-bucket-list-ak/
　　7.https://www.total.com/news/ogci-ten-oil-gas-companies-working-together-climate
　　8.https://www.sohu.com/a/259724230_661659
　　9.http://www.tanpaifang.com/tanguwen/2020/1009/74436.html
　　10.http://www.doc88.com/p-6304772550342.html
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