天然氣水合物儲(chǔ)運(yùn)天然氣技術(shù)探析

張 耀

(山西壓縮天然氣集團(tuán)晉中有限公司，山西 晉中 030600)

天然氣水合物是在低溫與高壓的作用下，通過(guò)天然氣和水結(jié)合形成的白色結(jié)晶固體，外觀類似于松散的冰塊。因?yàn)樘烊粴庵屑淄榉肿拥暮肯鄬?duì)較高，所以很多人把NGH稱作為甲烷水合物，但天然氣水合物仍然被大眾熟悉的名稱是“可燃冰”，主要是因?yàn)樘烊粴馑衔锬軌蛳窬凭珘K一樣被火燃燒，再加上其外觀和冰有些類似，所以叫它“可燃冰”更加的形象。

1 天然氣水合物儲(chǔ)運(yùn)的基本原理

天然氣水合物(NGH)儲(chǔ)運(yùn)的基本原理是通過(guò)用天然氣水合物的強(qiáng)大儲(chǔ)氣原理，然后再通過(guò)結(jié)合相關(guān)的科學(xué)工藝把天然氣制作為固態(tài)水合物，再把固態(tài)的水合物運(yùn)輸?shù)絻?chǔ)氣站，最后再通過(guò)儲(chǔ)氣站把固態(tài)水合物發(fā)揮成天然氣供用戶使用。整個(gè)過(guò)程最開(kāi)始是將原料氣和水在約3 MPa和2 ℃的環(huán)境下生成水合物，然后在相同的情況下進(jìn)行脫水處理，最后完成儲(chǔ)存和運(yùn)輸，在達(dá)到目的地點(diǎn)之后，進(jìn)行氣化，分離出氣體和水，從而將天然氣供應(yīng)給用戶使用。

天然氣水合物儲(chǔ)運(yùn)的運(yùn)輸路線一般有兩種：第一種，天然氣是從氣田開(kāi)采得到或是通過(guò)進(jìn)口得到，因此，這種天然氣的運(yùn)輸要在使用前通過(guò)氣田或是出口國(guó)進(jìn)行加工工作，把天然氣加工成水合物然后運(yùn)輸；第二種，天然氣是在內(nèi)陸開(kāi)采得到，運(yùn)輸過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單。天然氣水合物儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的兩種路線，不管是從氣田運(yùn)輸還是從進(jìn)口運(yùn)輸，儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)最終都離不開(kāi)水合物的生成和氣化過(guò)程，雖然他們的先后順序可能有著很大的差別，但他們的步驟和數(shù)量是一樣。

2 水合物儲(chǔ)運(yùn)天然氣的關(guān)鍵技術(shù)

水合物儲(chǔ)運(yùn)天然氣的技術(shù)種類繁多，相較于我國(guó)現(xiàn)在的技術(shù)水平來(lái)說(shuō)，我們只可以稱作是前期的研究開(kāi)發(fā)時(shí)期，依然還是有著極大的發(fā)展空間，為了能夠得到快速的發(fā)展我國(guó)工業(yè)進(jìn)程，就一定要處理好水合物儲(chǔ)運(yùn)天然氣的主要技術(shù)，以下就幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)環(huán)境造成了比較嚴(yán)重的影響，目前我國(guó)大力提倡清潔型能源的利用，對(duì)天然氣的使用量也逐步增大，因此，加強(qiáng)儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)是對(duì)水合物天然氣起到了至關(guān)重要的作用[1]。

3 天然氣水合物儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)

天然氣水合物儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)主要是通過(guò)對(duì)儲(chǔ)氣能量的利用，在高溫條件下把天然氣和水兩者相融合，所出現(xiàn)的固體化合物。水合物的儲(chǔ)存能力受到很多外界條件的因素，例如：壓力、生成方式、溫度等都能夠影響水因素。研究實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，甲烷天然氣在水合物融合時(shí)，很容易儲(chǔ)存，主要是因?yàn)樗衔锏膬?chǔ)存能力較強(qiáng)、儲(chǔ)存需要的條件低，所以其在天然氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)中得到的重視程度也在增加。

4 發(fā)展現(xiàn)狀

如今，我國(guó)所用到的常見(jiàn)的天然氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)主要有液化天然氣輸送、管道輸送、壓縮天然氣輸?shù)热N方式。它們各自有著各自的特點(diǎn)，也有自己的應(yīng)用范圍。在我國(guó)內(nèi)陸地區(qū)通常是利用管道輸送來(lái)進(jìn)行天然氣的相關(guān)運(yùn)輸，這個(gè)辦法需要大量的資金投入，但它也有自己的優(yōu)點(diǎn)，可以使經(jīng)濟(jì)效益變好、安全性變高?！拔鳉鈻|輸”工程是我國(guó)最大的管道天然氣運(yùn)輸技術(shù)，他的建設(shè)長(zhǎng)度大概有4 200 km，預(yù)估輸氣量是120×108m3，總投資能夠達(dá)到約1 400億元。天然氣在平常的壓強(qiáng)下儲(chǔ)運(yùn)方式被稱作是壓縮天然氣儲(chǔ)運(yùn)，這個(gè)辦法大多數(shù)是應(yīng)用在天然氣的短途運(yùn)輸中，其運(yùn)輸方式相對(duì)比較的靈活，但它需要在運(yùn)輸途中的氣壓一直保持在25 MPa的高壓狀態(tài)下，以此來(lái)降低它在運(yùn)輸途中所發(fā)生危險(xiǎn)的概率。所以它對(duì)制造容器材質(zhì)要求也相當(dāng)?shù)膰?yán)格，因此，容器的制造需要的成本也很高。

在我國(guó)，如何提高生成速度與儲(chǔ)氣密度是我國(guó)天然氣儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)淖⒅攸c(diǎn)。利用加入多孔介質(zhì)來(lái)滿足增加密度的需求，這樣增加了天然氣的雜質(zhì)，對(duì)增加后期天然氣的各種費(fèi)用提高了成本。水合物生成速度的增加一般是通過(guò)加大液壓的接觸面來(lái)進(jìn)行的，一般采用噴霧、攪拌、鼓泡等方式來(lái)加大液壓。水合物在通過(guò)攪拌的過(guò)程中需要長(zhǎng)期維持在相同速度的情況下，間隙量增加，密度也會(huì)不斷降低。所以需要提升水合物生成速度設(shè)備的資金投入。

5 發(fā)展前景

相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究的數(shù)據(jù)結(jié)果表明，與水合物儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)與液化天然氣輸送等相比較，具有較為明顯的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展前景較好。同時(shí)為天然氣運(yùn)輸提供了第四種儲(chǔ)運(yùn)辦法，而且安全性高、儲(chǔ)運(yùn)條件不高，而且它對(duì)運(yùn)輸處理技術(shù)不排斥，通過(guò)井口氣體的壓力就可以很好的保持水合物的高壓低溫條件，實(shí)現(xiàn)天然氣的節(jié)能減排。

5.1 常規(guī)天然氣

水合物儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)用在比較常規(guī)的天然氣開(kāi)采與籌備時(shí)，可以對(duì)陸地邊遠(yuǎn)小氣田、海上管道鋪設(shè)成本較高的氣田進(jìn)行開(kāi)發(fā)，它有著開(kāi)采成本低、產(chǎn)量高的特點(diǎn)。對(duì)這種比較常規(guī)的天然氣田進(jìn)行有效的水合物儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)，比使用其他的辦法更加的合理，能夠滿足開(kāi)采量的同時(shí)也能好大程度的減少財(cái)力、物力的投入。

5.2 頁(yè)巖天然氣

在頁(yè)巖天然氣中，目前，我國(guó)已經(jīng)取得了比較大的成就，頁(yè)巖天然氣在開(kāi)采之初的開(kāi)采率比較高，但在高產(chǎn)的同時(shí)，所含有的氣量也會(huì)慢慢降低，比較其他常規(guī)的天然氣來(lái)說(shuō)，它的產(chǎn)量時(shí)間比較長(zhǎng)而且穩(wěn)定。很多的頁(yè)巖天然氣在開(kāi)采最開(kāi)始，由于產(chǎn)量較大，所需要用到的設(shè)備也是比較大的，可能會(huì)造成設(shè)備在后期穩(wěn)產(chǎn)階段的空閑問(wèn)題。水合物儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)在這個(gè)時(shí)期能夠成為輔助進(jìn)行常規(guī)的輸送，因此，在計(jì)算頁(yè)巖天然氣的運(yùn)輸時(shí)，能夠在設(shè)計(jì)管網(wǎng)的初期，把能力不充足情況下的儲(chǔ)運(yùn)利用移動(dòng)水合物生產(chǎn)儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)，加大它的儲(chǔ)運(yùn)功能。

5.3 煤層天然氣

我國(guó)煤層天然氣的分布相對(duì)比較分散而且地區(qū)分布也相當(dāng)不平衡，但是儲(chǔ)存量比較大，其主要是以小型煤層氣田為主，很多都是直接將其燒掉，很多天然氣投資者對(duì)這個(gè)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)利用還不夠了解，將水合物儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)作用在煤層氣的開(kāi)發(fā)當(dāng)中，通過(guò)方便的集輸方式加大煤層的開(kāi)采量[2]。

5.4 天然氣水合物

目前，我國(guó)天然氣水合物資源儲(chǔ)存量較大，其中陸地資源和海洋資源的水合物含量都很大，是我國(guó)的一個(gè)超大寶藏室。針對(duì)沒(méi)有埋設(shè)油氣管的地方，可以把水合物儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)作為開(kāi)始的天然氣集輸方法，以此來(lái)減少天然氣在開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的影響。

5.5 偏遠(yuǎn)地區(qū)的天然氣供應(yīng)

我國(guó)廣闊的偏遠(yuǎn)山區(qū)以及農(nóng)村區(qū)域，在對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行天然氣集輸時(shí)，水合物儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)對(duì)天然氣的儲(chǔ)運(yùn)壓力要求比壓縮天熱氣低很多，而且儲(chǔ)氣的溫度與常溫接近，方便儲(chǔ)運(yùn)。水合物天然氣比液態(tài)天然氣的安全性要高，更加適合用于居民的生活。如果將這項(xiàng)技術(shù)用于我國(guó)的農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)，可行性是非常高的。

6 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)現(xiàn)階段天然氣的分布較為廣泛，一方面，提高了我國(guó)對(duì)天然氣的需求，從而，有效的提高了天然氣輸送的距離；另一方面，利用天然氣管網(wǎng)的清管作用，減少管網(wǎng)輸氣壓力，增強(qiáng)天然氣輸送的效率。在浙北一帶天然氣的運(yùn)輸過(guò)程中，利用水合物儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)對(duì)天然氣進(jìn)行運(yùn)輸，對(duì)天然氣公司來(lái)說(shuō)，能夠增加公司的經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述，我國(guó)加大了對(duì)天然氣的推廣，提高了其在社會(huì)能源中的占比。為了確保天然氣工程的發(fā)展，就一定要加強(qiáng)儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)，通過(guò)有效的手段進(jìn)行調(diào)配控制。