储运天然气技术与发展.docx

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1、气体水合物-储运自然气技术与进展自然气中的主要成分为甲烷，在常压下其沸点为-162C,不易液化。目前实际应用的自然气储运方式有：采用低温技术将自然气液化（LNG）,以液体的形式进行储存、运输；通过管道采纳高压方法运输自然气；采用多孔介质的吸附作用储存自然气等。目前，绝大部分自然气（约占自然气总量的75%）采纳管道输送，但其初投资大，且越洋运输不易实现。而LNG由于要采纳低温液化，运营费用高。采用气体水合物高储量的特点储存自然气.可降低运营费；同时自然气水合物（NGH）的储存较压缩自然气、液化自然气压力低，增加了系统的平安性和牢靠性.在经济性方面具有肯定的优势。自然气是重要的化工原料和清洁能源，

2、人类的需求量不断增大。在能源结构中，我们国家自然气约占能源总量的2%,而国外的比例达20%。为爱护环境，将来自然气的耗量呈增长趋势，有必要在我们国家加大开采和采用自然气的力度。我们国家自然气可开采量约为1.05x10的13次方m3,但分布特别不均衡，需进行远距离输送。目前进行的西部大开发就有把西部地区的自然气输送到东部地区的方案。由于自然气（甲烷）密度小，不易液化，不易储存和运输，对于大量的中小城镇和小规模用户，铺设输气管线在经济上不行行，可能会制约自然气的推广应用。此外，我们国家有很多零散气田，产量不大，假如自然气储运技术不能进步提高经济性，大量的这类气田将无法得到有效开采与采用。讨论平安、

3、高效的自然气储运技术对我们国家国民经济1气体水合物气体水合物是由一种或几种气体的混合物（如CH4、C2H6、CO2、N2等）在肯定的温度、压力条图I水合物的船体站内n穴平均ttIO,nmQI8n六数目表1气体水合物磊体特性1DfiH9A福灵小A穴大界穴小3穴大扇穴小A穴中A穴大点夭34.33463.911363.914.7)40$5.71件下和水作用生成的一类笼形结构的冰状晶体（ClathrateHydrate）,为非化学计量型固态化合物。自然气水合物中气体的主要成分是甲烷。在气体水合物中，水分子（主体）通过氢键作用形成一种点阵晶体结构，气体分子（客体）则填充于点阵结构间的空穴中，主、客体分子

4、之间通过范德华力相互作用，水合物的结构类型主要取决于气体分子填充晶穴的大小。到目前为止.已经发觉的气体水合物结构有I型、型和H型三种（图1、表1。I型结构由自然气小分子（如CH4、C2H6）与水在肯定条件下形成，型结构由所含分子大于乙烷小于戊烷的较大分子形成，H型水合物是在大分子（分子直径0.75-0.90mn）的关心下和小分子与水作用形成的水合物。水分子效n体玷忖立方为立方六as体2气体水合物储运技术1934年在石油自然气输送管道中发觉了气体水合物的堵塞问题，在其后的几十年里气体水合物的讨论重点是水合物的生成条件和抑制水合物形成的方法，以解决油、气生产和运输过程中管道、设施的堵塞问题.随着自

5、然气水合物探明储量的不断增加，人们对水合物讨论的不断深人，自然气水合物的开采与储运技术越来越为人们所重视。自然气水合物的高密度储存特性，是其作为自然气的储运替代方法的优势之一。2.1水合物的形成自然气中的主要成分是甲烷，但甲烷的相平衡压力高、温度低，水合物不简单形成。Katz（1945）发觉在自然气中混人肯定量的较重组分的碳氢化合物（如乙烷、丙烷等）可改善水合物的相平衡条件（如压力降低、温度上升）。有关试验结果表明加入适量的乙烷或丙烷可降低水合物的相平衡压力（图2）。挪威科技高校的Gudmundsson等人认为在020,压力在2-6MPa范围内，反应釜中的温度比相平衡温度低4左右时，通过搅拌可

6、生成水合物（图3）。为提高水合物的生产效率，可通过加入品种、化学促进剂和促进气体溶解等手段削减水合物的形成时间。d-R3JaAff(S2水合物相平街1890Ml甲0*96,乙ChB974甲烷.2.69内烧：97.8%甲笈.2；号乙仪A883%甲烷+ll.7%再烧图3Gudmundsson等人水合物生产流程图2. 2水合物的储存常压下储存水合物，在理论上其温度必需低于相平衡温度，一般在一30以下。这就要求采纳专门的冷冻设施，而非一般工业制冷设施。但水合物分解必需要汲取热量，可通过隔热保温的方法使水合物得不到所需要的分解热而不能分解。Gudmundsson等人(1994)在常压下把水合物样品分别保

7、存在5C、-10、-18的容器中，对十天内水合物的分解进行了测量，结果发觉水合物保存效果非常好。当温度为-18时，十天期间水合物气体的释放量仅为其包含气体显的0.85%。Ershov和Yakushev(1992)把水合物分别保存在-1-18C的温度范围内，水合物可保持稳定。Handa(1988,1992)对水合物的保存、分解进行了讨论，在相同条件下多孔介质的存在使水合物的分解延迟。2. 3水合物的分解水合物的分解一般可通过转变水合物所在条件，使气体从水合物中分别出来。对确定成分的自然气水合物，有三种方法可使水合物分解：在某温度下降压使其压力低于相平衡压力；在某压力下升温使其温度高于相平衡温度；

8、通过加人甲醇、乙二醇或电解质(如氯化钠、氯化钙等)转变水合物相平衡条件。图4为Gudmundsson等人提出的水合物分解流程图。图4Cudinun&sn等人水合物分解旗程由美国德克萨斯高校的Sassen等人认为可用一个特别的容器在海底收集自然气，并在容器布满时由于压力上升而形成水合物。这种方法假如能实现，可用水合物代替海底管道方法储运自然气，但有待于进一步讨论。3应用前景3. 1应用领域随着自然气水合物讨论的不断深化，自然气水合物的应用范围也越来越广。总的来说可用于自然气处理、海水淡化、二氧化碳温室效应气体的处理、混合物的分别、自然气的储运等方面。水合物在自然气储运方面的应用主要包括以下三个方

9、面：1)自然气的长距离运输一一固态自然气水合物(DryHydrate)。自然气是一种对环境比较友好的清洁能源，但由于处于气态存在运输问题。目前自然气的运输方式主要有两种：管道输送和液化自然气。在肯定条件下把自然气转变为水合物进行运输、储存具有肯定的优越性(表2)o表2天然气钻运方法比较项口优点A技木质B员力晶,初投资大依q液化ttffttA压力高,或车玛反射信运压力以既吸用曷号合理.吸附网改射周即长实行刻量不足2）收集石油工业中的伴生气两相冰水合物（Hydrateslurry）。对没有特地收集伴生气管道的石油部门，可采用水合物收集伴生气。伴生气在肯定条件下与水作用形成水合物，然后进行运输；也可

10、把水合物与原油混合在一起以两相冰形式通过管道进行运输。3）自然气储存一一在需要进行自然气储存的地方，把自然气转变为水合物储存在特定的海底或陆地上，在需要时再分解水合物获得自然气。此外，水合物还可用于开采小型、零散的自然气田。我们国家存在很多小型、零散的自然气田，像常规的铺设自然气管道在经济上不行行。这时可采用水合物储运敏捷的特点，把自然气转变为水合物进行开采、运输。3. 2经济性比较自然气水合物（NGH）储运技术是近几年国外讨论、进展的一项新技术.而我们国家在这方面几乎处于空白。气体水合物可平安地储存150200m3m3的自然气（标准状态下）；而液化自然气（LNG）在大量、长距离船运自然气方面

11、应用广泛；管道自然气受气源、距离及投资等条件的限制。假设标准状况下单位体积的水合物包含150m3自然气,而LNG含自然气600m3.这样运输相同体距离7km图5主要优用与运/电离的关系积的自然气NGH方式所需船的容积将是LNG的四倍以上。挪威科技高校的Gudmundsson等人（1996）对自然气年产量为4X10的1（）次方m3,运输距离约为6475km,采纳NGH和LNG不同储运方式的主要费用进行了比较（表3）,NGH的总费用比LNG的总费用低26%。Gudlnundsson在1998年对其他条件两种运输方式的比较也得到相类似的结果（NGH费用低24%）。图5比较了自然气管道、LNG和NGH

12、输送在不同运输距离与主要费用的关系。表3NGH与LNG主要费用比较生产弟用I4S9569554S53436运电费用750285602819023,化刖4)81647S2440-9总计77100IW100附26百万奥元/百万美元/%百万奂元/G分口tC、CH孙H4结语目前我们国家的能源以煤炭为主，与世界的能源结构有较大的差异（表4）。自90年月以来，我们国家由石油出口国变为进口国，而且进口量随国民经济的进展不断增加。为优化我们国家的能源结构，爱护环境，自然气在我们国家的能源结构中所占比例必将得到较大的提高，而自然气的推广应用需高效、平安的储运技术。我们国家有很多零散气田，储量不大，铺设自然气管道

13、和液化船运都不经济，采用水合物收集、输送可发挥其敏捷、经济的优势。此外，自然气水合物储存技术也可用来作为一种调峰手段。4能次结构es%t%（stt%满？中国羯74*1.9翳力.0丁0,4褥SJD鲤仇翥.7.?；皤:自然气水合物储存技术是一项新兴的技术，目前技术还不成熟，处于讨论进展阶段。自然气水合物储存技术的进展与应用必将带动相关工业链的进展，产生巨大的经济效益和社会效益。由于NGH储运技术具有巨大的应用市场和进展潜力，应加强相关方面的基础讨论。目前对自然气水合物的热力学性质及形成与分解动力学讨论需进一步深人，需解决水合物工业生产中的相关技术。中科院广州能源所在中国科学院院长基金、中国石油自然气集团公司、广东省自然科学基金的大力资助下.对水合物形成和分解动力学、水合物在常压下的储气特性及水合物的开采技术进行了初步的讨论。