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这种能源美国可采30年!它会是新的革命么?

导读: 根据美国能源信息署预计,未来几十年,东部地区天然气和NGL产量都将继续增长。阿巴拉契亚盆地是东部地区主要能源基地。但是资源规模、技术革新、经济发展和全球油气价格等各方面有很多不确定因素。

阿巴拉契亚地区丰富的NGL资源将会吸引超过百亿美元的投资。它可能会给美国能源市场带来新的变局。

2018年,美国能源部(DOE)发布《NGL入门书》,在此本书主要内容进行了翻译,分享于大家。

1、NGL是什么?

表1 NGL用途、产品和用户

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NGL(Natural Gas Liquids)的化学成分主要是乙烷C2、丙烷C3、丁烷C4、戊烷及C5+等烃类,可制造塑料、防冻剂、清洁剂、汽油、合成橡胶、乙醇变性剂、化学溶剂等产品,广泛应用于住宅、商业、制造业、农业、交通、电力等各行各业。

2、美国国内NGL市场

2009~2017年,美国液体燃料产量从800万桶/天增长到1420万桶/天,其中29%来自NGL。一般来讲,NGL的生产应该来自天然气处理厂或者炼油厂,但是实际上在这8年里,所有的NGL生产都是作为页岩气和致密油伴生气处理工艺的副产品。

图1 NGLs产量

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如上图所示,以MMbtu(百万英热单位)计,NGL国内现货价格基本上处在原油和天然气现货价格之间。丙烷、丁烷和天然汽油现货价格历来都是随着油价的波动而波动,但是从2008年以来,它们的价格始终高于亨利枢纽(Henry Hub)天然气现货价格。天然气处理厂通过回收这些烃类从中获利。

图2 NGL价格(与原油、天然气相比)

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另一方面,从2012年年中到2015年年底,由于供应过剩,乙烷价格始终不高于亨利枢纽天然气价格,利润太低的时候,生产商就不再回收乙烷。然而,2017年2月份,美国墨西哥湾区乙烷价格重新回到亨利枢纽天然气价格以上,作为一种新型石化产品需求和出口,其供应过剩的状况得以缓解。2017年至2018年,乙烷生产的利润稳步增长。

3、阿巴拉契亚地区天然气和NGL资源

根据美国能源信息署预计,未来几十年,东部地区天然气和NGL产量都将继续增长。阿巴拉契亚盆地是东部地区主要能源基地。但是资源规模、技术革新、经济发展和全球油气价格等各方面有很多不确定因素。

图3 东部区域天然气产量

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根据中长期预测,阿巴拉契亚的天然气生产将会保持稳定增长。2017年天然气产量估计在8.19Tcf(万亿立方英尺),预计2025年将增加65%,达到13.55Tcf。2050年,预计产量为19.5Tcf。

图4 东部地区液化天然气产量

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阿巴拉契亚地区NGL产量将持续增加。随着天然气生产逐渐从缓慢衰减的富气区转移到贫气区,NGL的增长率将会随着天然气增长率的降低而降低。预计2017~2025年,NGL产量将从61万桶/天增长到135万桶/天。2050年,预计可达193万桶/天。

图5 东部地区乙烷产量

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阿巴拉契亚地区天然气处理厂的乙烷产量预计在未来几年快速增长。2025年预计产量64万桶/天,接近2013年的20倍。为了满足日益增长的需要,天然气处理厂需要不断地提高产能,从伴生气中提取更多的乙烷,2050年预计产量为95万桶/天。

图6 东部地区丙烷产量

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2017年,阿巴拉契亚地区丙烷产量21万桶/天,几乎是2013年3倍。美国能源信息署预计2025年产量将翻倍至40万桶/天,并将持续增长至2050年的56万桶/天。

4、阿巴拉契亚地区NGL基础设施

2017年,阿巴拉契亚地区丙烷产量21万桶/天,几乎是2013年3倍。美国能源信息署预计2025年产量将翻倍至40万桶/天,并将持续增长至2050年的56万桶/天。

(一)生产井

图7 Marcellus 和Utica油田的地理范围和生产井分布

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近几年,阿巴拉契亚地区Marcellus、Utica、Rogersville等页岩油产量迅猛增长。

(二)天然气处理

图8 天然气产能

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天然气处理是指对伴生天然气进行处理之后进入输气管道,这样可以避免引发过度腐蚀或者机械故障,这是天然气供应链上的一道关键环节。2010年到2016年之间,肯塔基州、俄亥俄州、宾夕法尼亚州、西弗吉尼亚州等地的天然气处理产能从1.1Bcf/d增至10.0Bcf/d。天然气处理能力的增加也促进了天然气和NGL的产量。

(三)NGL分馏

图9 分馏产能

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伴生气初处理之后,NGL作为一种混合物从天然气处理厂出来,再作下一步分馏。分馏产品包括乙烷、丙烷、丁烷和天然汽油。

阿巴拉契亚地区分馏产能从2010年的4.1万桶/天增长到2016年的85万桶/天。2019年有望达到110万桶/天。

(四)NGL运输

图10 NGL管道和裂化能力

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图11 现有和计划中的NGL管道地理分布

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表2 NGL管线、产能和在产数据

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2010年以来,阿巴拉契亚地区页岩气产量的增加促进了中游基础设施的发展,包括管道和天然气处理厂。目前情况下,NGL生产能够满足本地区的需求,剩余的NGL通过管道或者铁路输送给其他地区的用户。

(五)NGL存储

图12 NGL存储地理分布

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虽然NGL产量能够保持平稳,但是需求量波动很大,所以NGL的存储非常有必要。大量的NGL主要以带压液体的形式存储在地下洞穴中。有部分地区不具备这样的地质条件,也可以选择存储在地上容器内。大部分地下洞穴都分布在盐层,有些是页岩、花岗岩和石灰岩开采后遗留下来的天然洞穴。阿巴拉契亚以及周边地区越来越依赖其他地区的存储来保证旺季NGL需求。

(六)乙烯裂化

表3 阿巴拉契亚地区主要的乙烯裂解炉

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天然气处理厂将伴生气进行处理得到天然气处理液,通过管道运输到分馏塔,再分馏出不同的产品。乙烷是其中最轻的组分也是产量最丰富的产品。乙烷运输到裂解器,在高温高压环境下与水蒸气混合。乙烷分子裂化成乙烯以及甲烷等其它副产品。乙烷、乙烯可以作为塑料和其它石化产品的原材料。

(七)丙烷脱氢

丙烷脱氢(PDH)是通过专用催化剂将丙烷直接转化为丙烯的过程。丙烯是乙烯之外最常见的产品,主要用于制造塑料。阿巴拉契亚地区暂时还不具备PDH产能。太阳石油公司计划在宾州Marcus Hook建造一座PDH处理厂,预计产能每年100万吨,用于制造聚乙烯或者高辛烷值的混合汽油。但是由于乙烯销售协议尚未达成,这个项目目前为止进展缓慢。

5、研发机遇

NGL产业领域具有以下几个方面的研究和开发机遇。

(1)提高非常规资源的采收率

破裂力学、支撑剂运输、水-页岩-烃交互作用、无水压裂液、优化发展战略。

(2)加快天然气和NGL向原料和产品的转化

改善脱氧、模块化系统

(3)加强NGL存储的安全和效率

自愈性粘接材料、新一代诊断工具、地下传感器。

6、结论

阿巴拉契亚地区拥有丰富的NGL资源,经济可采储量长达30年。科技创新促进天然气大开发,油气行业已经投资了数百万资金。乙烷采收率的增长给以乙烷为原料的下游投资提供了新的机遇。美国能源部认为以下几个方面值得更深入的研究。

(一)NGL下游市场行情分析

1.地区性石化行业中心发展的勘探场景。分析乙烷和丙烷未来如何发展来吸引石化工厂和配套设施的投资。

2.评估NGL对当地和国家经济的潜在影响。

3.研究美国NGL和产品出口对国际市场的影响。会出现新的市场吗?随着美国NGL生产和石化工厂产能的增加,会出现新的商业模式吗?

(二)可靠性和适应性方面

1.明确NGL供应链和石化行业的弹性,明确天然气和NGL系统有益于经济稳定性和弹性的方面。

2.建立合适的体系来评估国家NGL和石化系统的能源安全。

(三)研发机会

1.探寻新技术,加强非常规天然气生产的采收率。

2.开展材料、技术、工艺研究来提高天然气和NGL产能。

3.开发新技术提高NGL存储的安全性和效率,包括新材料和传感器的发展来探测和预防损耗。

7、附录

阿巴拉契亚地区管道、存储、出口和化工厂全图

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翻译:刘影

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