2024年12月2日，由美国石油工程师协会（SPE）与分离技术专业分会（Separations Technology Technical Section，STTS）共同组织的“面向低碳未来的分离技术与挑战（Separation Technology and Challenges for the Low-Carbon Future）”研讨会成功举办。为促进国内外技术交流和信息互通，北京石油化工学院环保多相流高效分离技术与设备研究团队第一时间予以翻译整理，分【开场与会议报告】和【分组讨论与问题陈述】两大部分与业界分享。

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在“面向低碳未来的分离技术与挑战”的分组讨论会上，参会人员被分成不超过10人的小组，围绕特定问题，讨论未来分离技术的需求和差距以及弥补这些差距的解决方案。然后各小组委派代表，向大会汇报该组对未来分离技术差距和解决方案的总结。研讨会的组织者列出了7个主要问题，这些问题涉及传统油气生产领域以及新能源领域实际所用分离技术与实现低碳和能源转型所需分离技术之间的差距。大约有50名与会人员被要求投票选择一个自己认为最需要解决技术差距的问题，会议提出的7个主要问题及其得票情况如下：问题1（内容稍后一并陈述），获得14票；问题2 —— 为了满足能源转型/低碳需求，最需要哪些设计方法和工具？需要开展哪些工作来改进和/或开发这些方法？获得0票；问题3 —— 哪些分离环节是减少石油和天然气运营碳足迹的最佳地点？这些地点存在哪些限制？我们如何解决这些限制？获得0票；问题4 —— 为了推进低碳能源，需要关注哪些分离领域？行业应该在哪些方面努力解决这些问题？获得1票；问题5 —— 传统油气生产中的哪些分离经验教训最适用于能源转型/低碳能源分离？获得3票；问题6（内容稍后一并陈述），获得5票；问题7（内容稍后一并陈述），获得9票。

然后参会人员被分为三组，分别集中讨论得票最多三个问题（1、6和7）的现有技术差距（Technology Gaps），并确定弥补这些差距的解决途径（Paths to Closure）。在研讨会的收尾集中阶段，每个小组委派代表向大会提交该组讨论结果和相关建议的摘要。

问题1（获得14票）：在用于降低传统油气碳足迹的现行设计方法及工具方面存在哪些差距？为满足能源转型和低碳需求，最需要哪些设计方法及工具？需要开展哪些工作来改进或开发这些方法及工具？Kranji Solutions/MySep公司的Henri Witteveen代表该组进行汇报。

现有技术差距：（1）在制定一个基本系统设计时通常缺乏供应商或现场工程师尽早介入，导致分离设备存在安装问题且改装费用昂贵。（2）目前早期设计阶段的通常做法仅依赖于带有分离器设计标准（例如K值限制）的检查清单，但这些并不一定是性能的良好指标。（3）研究人员和操作分离系统开发人员之间的沟通联系不充分。（4）缺少可用于改进数字模型的现场数据（例如对于工业联合体项目而言）。

解决途径包括：（1）从设计之初就应当采用基于综合团队的设计方法——①分离器及其上游组件构成了一个相互作用的系统，要提高系统的整体性能并减少碳足迹，可能需要在从设备概念设计到设备安装运行的整个开发过程中，与操作员和工程总承包商之间建立不同于目前的互动方式；②考虑组件（尤其是分离器容器）制造和运输整个链条的碳足迹，在确定容器尺寸时尽可能选择标准板材尺寸（厚度、宽度、长度）。（2）开发更完善的适用于现场条件的性能模型 —— ①需要更多的现场数据来验证/支持分离器设计工具，虽然也收集现场数据和贴近实际的数据，但研究者往往难以获取完整的数据，限制其得到更广泛的应用；②更好地了解分离器内部结构及其在系统使用寿命中的性能可以缩小分离器的尺寸，减少未来昂贵且造成浪费的设备更换需求；③更新API SPEC 12J《油气分离器规范》并努力与气体加工供应者协会（GPSA）、挪威石油标准化组织（Norsok）的标准规范保持一致，以弥补设计方法中的缺陷；④影响液-液分离的变量比气-液分离的变量更多，需要更多更好的设计工具，考虑到乳状液、破乳剂和表面活性剂等因素，这就可能需要进行更多基础类型的测试，以量化液-液分离中的相互作用。（3）加强大学研究人员与运营商之间的联系 —— ①大学和工业界之间更多更好的合作可以也应该能够促进分离性能的研究；②探索如何让研究与实际系统相关，并为发表研究论文提供途径；③这也将促进训练有素的工艺工程师进入关键行业。

问题6（获得5票）：对于传统油气生产而言，最紧迫的分离方面的技术差距有哪些？行业有哪些应对这些差距的可选方案？Schultz Processes公司的Jay Stell代表该组进行汇报。

现有技术差距：（1）缺少相关仪器仪表，包括气液分离器内气相出口残余液体、液相出口残余气体这类流体夹带的检测仪器，乳状液、泡沫层、底部砂层等界面表征仪表等。（2）应对大流量的新技术不够成熟，例如膜技术可能用于代替核桃壳过滤器，但是反冲洗是一个问题。（3）分离器设计阶段不能够有效整合各类仪器仪表以及设备控制方案的设计。（4）需要更加坚固有效的内部件来处理底部沉砂、腊、以及其他固体物质。（5）缺少针对二氧化碳等非传统流体用脱水器的设计依据等。

解决途径包括：（1）需要观念上的转变，认识到研发关键仪器仪表以及如何部署它们的重要性，应当在项目开发早期及整个过程中都纳入仪器仪表及自动化团队。（2）加快膜分离技术的研发，使其能够适应现有应用场景，开发不依赖耗材或内部构件的水处理技术。（3）开发有助于固体分离的内部构件（即不单依靠重力，而且可能是进行连续分离），必须对这些方法的益处进行量化，以证明投资的合理性。（4）针对如今在能源转型及低碳领域所涉及的流体，开发多相流体特性及数据库，明确除雾设备需要做出哪些改进，并将开发需求传达给供应商及工程总承包商。（5）还发现了其他一些问题，但会议时间限制使其未能得到探讨：①火炬及安全阀设计指南，②化学品的实际利弊影响，③实施低品位能源回收可降低系统的碳足迹。

问题3（获得9票）：对于能源转型或低碳能源需求而言，最紧迫的分离技术差距有哪些？行业有哪些应对这些差距的可选方案？美国西南研究院（Southwest Research Institute）的Kevin Supak教授代表该组进行汇报。

现有技术差距：（1）缺乏状态方程及工艺模型的验证数据。（2）对新的能源转型和低碳工艺缺乏了解。（3）缺乏针对非传统流体的多相流模型和操作经验。

解决途径包括：（1）能源转型和低碳领域应该关注一些新的流体及混合流体，例如二氧化碳、氨气、氢气、生物燃料、脂肪酸等；需要改进这些流体的状态方程，例如纳入二氧化碳在其临界点附近行为的复杂性。（2）需要对利用多种不同原料生产生物燃料的技术开展研究，以提升这些系统的技术成熟度等级。（3）新工艺应借鉴油气行业的现有经验，例如，①需要加强新旧工艺开发人员之间的联系，以提升新工艺的技术成熟度等级；②油气作业中的分离工艺模型需要针对不同应用进行扩展和验证；③探索将传统油气加工厂和化工厂中与氢气相关的经验，拓展应用到“新型”氢能技术领域；④探索将传统油气生产作业中与水处理相关的经验，拓展应用到地热能开采以处理甲烷分离和氯化物问题领域。（4）与传统油气类流体相比，多相二氧化碳因其密度比更低而呈现出不同的流动特性。（5）需要对结垢和管道完整性的影响开展研究，以了解单独处理以及组合处理这些流体的长期影响。

◆ ◆ 重要参会人员介绍 ◆ ◆

Logan Grim（左）是沙特阿拉伯达兰市沙特阿美公司的一名高级石油工艺工程师。其职业生涯始于工程承包商福斯特惠勒公司（现为伍德公司），他在该公司从事炼油、石化、液化天然气（LNG）以及上游设施的工艺设计与建设工作，之后转岗成为工艺系统工程师。

Wally Georgie（中）在石油和天然气行业拥有逾40年的经验，具体涵盖石油和天然气运营、加工、分离、流体处理以及系统完整性等方面。他亲身参与运营故障排除、瓶颈消除、油水分离、工艺验证、技术评估、腐蚀控制、系统监测、注水以及提高石油采收率（EOR）等工作，还处理所有其他流体和气体相关问题，包括工艺系统中砂和固体产物的处理、生产化学、流动保障以及完整性管理。

Peggy Lane（右）的工程职业生涯跨越30多年，涉及承包业务以及石油和天然气领域，其中有24年在英国石油公司（BP）工作。他曾是英国石油公司上游业务版块重力分离和砂处理方面的首席专家，还曾担任美国石油工程师协会（SPE）分离技术专业分会（STTS）的前任主席。

Mark Wolf是沃尔夫工艺技术（Wolf Process Technology）公司的创始人兼首席执行官。他从事工艺设备及设施的设计与建造工作已逾30年，拥有8项授权专利和2项待批专利。凭借在采出水处理和固体处理方面的深厚背景，他于2020年创立了沃尔夫工艺技术公司，旨在为油田固体处理提供性价比高的系统解决方案。

原文链接：https://jpt.spe.org/separation-technology-and-the-low-carbon-future-insights-from-spe-workshop【Separation Technology and the Low-Carbon Future: Insights From SPE Workshop；December 2, 2024】

（编译：邵奇淼；简审：陈家庆）