天然氣儲運技術(shù)及其應用發(fā)展前景

能源和環(huán)境是世界各國關注的兩大基本問題。在經(jīng)濟發(fā)展的我國，這一問題   加突出，已成為影響我國社會和經(jīng)濟能否實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關鍵因素。開源節(jié)流是我國能源政策的基礎，而能源消費帶來的環(huán)境污染等不利影響是能源決策者和使用者共同關心的問題。目前，我國能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主(約70%)，   氣在一次能源消費結(jié)構(gòu)中僅占2.5%左右，與世界平均水平(一次能源消費結(jié)構(gòu)中煤炭為27%，   氣為23%)相差很大，與西方主要工業(yè)化   相差   大。為了提高清潔能源在一次能源中的比例需求，我國建設了一系列   氣工程(例如西氣東輸、廣東和福建液化   氣項目等)，   氣在能源結(jié)構(gòu)中的比例將提高。在建有   氣輸送管道和液化   氣接受站的地區(qū)，   氣用量將大幅度增加，而沒有   氣管道和LNG接受站的地區(qū)，   氣的推廣應用需要新的經(jīng)濟的   氣儲運技術(shù)。
　　   氣的推廣利用依賴于其儲運及相關技術(shù)，例如   氣   儲運技術(shù)、   氣利用中的   調(diào)峰技術(shù)、小規(guī)模用戶的   氣經(jīng)濟利用技術(shù)等，這些問題的和解決對經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前的   氣儲運技術(shù)主要有管道   氣技術(shù)和液化   氣(LNG)技術(shù)，其它技術(shù)還有壓縮   氣儲運技術(shù)、吸附   氣儲運技術(shù)和   氣水合物儲運技術(shù)等。管道   氣和LNG主要針對大規(guī)模的   氣田和用戶，而對小型   氣田的開采運輸技術(shù)、小規(guī)模   氣用戶的儲運技術(shù)還沒有很好的解決方案。為此，深入分析和小規(guī)模   氣田的經(jīng)濟開采和   氣儲運技術(shù)，在我國實現(xiàn)開源節(jié)流、減輕環(huán)境污染和推廣   氣使用具有重要的意義。
　　   氣在通常狀態(tài)下以氣體形式存在，與石油和煤炭相比，   氣的體積能量密度比較低，經(jīng)濟   的   氣儲運技術(shù)是   氣推廣應用的關鍵。目前陸上   氣的運輸以管道   氣為主，另外還有壓縮   氣和海上   氣的運輸則以LNG為主。
　　1、常規(guī)   氣儲運方法
　　(1)管道   氣(PNG)
　　采用管道輸送   氣是一種比較方便的常規(guī)   氣輸送方法，是陸上進行   氣貿(mào)易、運輸?shù)闹饕绞健：Ｉ?nbsp;  氣管道的長度受管道安裝和維護費用的制約，不能太長。目前，世界上約75%的   氣采用管道方式輸送，但該方法在運輸?shù)撵`活性方面不夠(一般在管道建成和輸氣壓力確定后，   氣的運輸量就確定了)。管道   氣的輸氣壓力通常在5~80MP。之間，其投資費用與管道所經(jīng)過的地形和沿途加壓站的建設有關，所以管道   氣的投資主要取決于管道距離，世界上   氣輸送管道的投資為500萬~2600萬元/km。由于   氣管道及其附屬設施的建設費用高，一般管道   氣用于有穩(wěn)定的大儲量的   氣氣源和大規(guī)模用氣量的   氣用戶，例如我國建設的西氣東輸管道工程。在輸送管道的直徑、輸氣壓力等確定的情況下，為適應用戶對   氣使用量的峰谷變化，通常只能通過調(diào)節(jié)管道   氣的壓力來適應用氣量的變化，但如果用氣量變化太大，則需建立儲氣庫進行調(diào)峰，使投資費用大幅度增加，而且   要求也高。另外，利用管道進行   氣貿(mào)易時，除受   氣氣源、用戶、資金等因素的影響之外，還常常受到政治因素的制約。
　　(2)液化   氣(LNG)
　　   氣是在氣田經(jīng)過脫水再降溫至-162℃左右形成液化   氣，   氣液化后的體積只有常溫下   氣體積的1/600左右。自從1964年阿爾及利亞建成了世界上   座LNG工廠以來，液化   氣儲運技術(shù)有了長足的發(fā)展。近10年來，世界LNG消費量年均增長率為8.5%，高于其它一次能源的增長率，而且這種趨勢將繼續(xù)發(fā)展。日本是世界上   大的LNG國，其它LNG   和地區(qū)有韓國、臺灣地區(qū)、法國、西班牙、意大利、比利時、土耳其、希臘、   等。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，液化   氣的工藝和生產(chǎn)設備性能都很大的，生產(chǎn)費用比1985年下降了40%以上。但由于LNG生產(chǎn)設施復雜、運輸(大型低溫船)和接收站(典型的LNG儲罐的直徑為7m，高45m，可儲存10萬m³以上的LNG)等的投資大(處理1420萬m³/d   氣設施的投資約10億美元)，一般LNG要求氣田   氣儲量大(超過800億m³)，LNG貿(mào)易合同期長(一般為20~25年)的照付不議合同、LNG的用戶穩(wěn)定等，所以現(xiàn)在LNG一般為長距離、大規(guī)模的船運。從經(jīng)濟性上考察，目前的液化   氣技術(shù)不是針對小規(guī)模的   氣氣田和用戶的。
　　2、其它   氣儲運方法
　　(1)壓縮   氣(CNG)
　　壓縮   氣技術(shù)。通過加壓(高于20MPa)方式，將   氣壓縮儲存在壓力容器內(nèi)進行儲運(例如我國許多城市運行的壓縮   氣汽車)，   氣儲量達到容器體積的230左右。壓縮   氣的利用要有一系列配套設施才能進行，例如，   氣站的建立、配套的加壓設備、   氣加壓和降壓過程中熱能的釋放和吸收用換熱設備等，這些配套設施增加了壓縮   氣的費用。
　　目前的壓縮   氣儲運容器一般為厚壁式壓力容器，體積笨重增加了儲運容器和   氣的運輸成本。近年來提出了薄壁長盤管的壓縮   氣技術(shù)，用于   氣儲運和小規(guī)模   氣用戶，以降低運輸成本。
　　針對當前的LNG運輸方式，提出了CNG船運方法，以保溫管束容器作為船上壓縮   氣儲存容器，   氣在充入管束前要經(jīng)過脫水、壓縮和冷卻(5℃左右)幾個工藝流程。在運輸過程中只要控制好   氣溫度的波動范圍，普通的運輸船就可以運輸   氣。雖然該方法需要壓縮和冷卻設備，但其費用比LNG液化費用低得多，在分散   氣田的開采和運輸方面具有廣闊的應用前景。
　　(2)吸附   氣(ANG)
　　吸附   氣技術(shù)。借助于合適的吸附劑，   氣在中高壓(3.5MPa左右)、溫度不太低(接近常溫)的條件下被大量吸附劑吸附，吸附量達到容器體積比的140左右。   氣吸附技術(shù)的主要包括優(yōu)良吸附劑材料、   氣吸附熱質(zhì)傳遞過程、吸附儲存容器等方面。   、日本等西方工業(yè)化   和我國在   氣吸附儲存技術(shù)方面進行了大量的試驗和，取得了許多成果，在室溫和壓力為3.5~4.8MPa的壓力范圍內(nèi)，   氣吸附儲存的體積比達到200。我國的科技工作者利用大比表面積的吸附劑儲存   氣，在室溫和壓力為4~6MPa的壓力條件下，儲氣體積比在148~181之間，達到了世界水平。
　　吸附法儲存   氣技術(shù)主要面向   氣汽車的應用。目前，   氣汽車主要為壓縮   氣汽車，但其高壓容器本身存在的   性問題、高壓容器重量、高壓充氣設備投資大、多級壓縮能耗高等缺點制約了   氣汽車的推廣應用。吸附   氣汽車的一個重要目的是省去壓縮   氣充氣系統(tǒng)中的昂貴多級壓縮設備，節(jié)省設備投資和能耗，但吸附儲存   氣在推廣應用前應解決目前存在的吸附劑壽命短、吸附和脫附周期長等問題。
　　(3)   氣水合物(NGH)
　　   氣水合物(NGH)技術(shù)。   氣水合物是   氣在   的壓力和溫度條件與水作用形成的一種類似冰的、固態(tài)晶體化合物。理論上，單位體積的水合物可包含200體積的   氣，而實際上，在水合物晶體形成過程中因一些晶體籠沒有被   氣填充，單位體積水合物包含的   氣體積的量變化很大。通過添加   劑使單位體積的水合物包含   氣的體積比達到150左右(壓力3~5MPa，溫度2~6℃)，這表明在溫度不太低(與LNG相比)、壓力不太高(與CNG相比)的條件下，水合物儲運   氣技術(shù)與LNG和CNG相比具有   大的商業(yè)應用價值。   氣水合物在運輸過程中的分解具有自抑特性。表明，   氣水合物在常壓下(0.1MPa)，如果溫度保持在-15℃，10天內(nèi)水合物分解釋放的   氣僅為水合物包含   氣量的0.85%。水合物生產(chǎn)后通過低溫(-15℃)封裝，只要對   氣水合物的儲存容器進行良好的保溫處理，就可以通過陸上(汽車)或海上(普通船只)運載工具運輸給   氣用戶，不需的運輸設備，而且費用也比較低。