天然氣儲運技術及其應用發展前景

能源和環境是世界各國關注的兩大基本問題。在經濟發展的我國，這一問題   加突出，已成為影響我國社會和經濟能否實現可持續發展的關鍵因素。開源節流是我國能源政策的基礎，而能源消費帶來的環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，我國能源結構以煤炭為主(約70%)，   氣在一次能源消費結構中僅占2.5%左右，與世界平均水平(一次能源消費結構中煤炭為27%，   氣為23%)相差很大，與西方主要工業化   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)，   氣在能源結構中的比例將提高。在建有   氣輸送管道和液化   氣接受站的地區，   氣用量將大幅度增加，而沒有   氣管道和LNG接受站的地區，   氣的推廣應用需要新的經濟的   氣儲運技術。
　　   氣的推廣利用依賴于其儲運及相關技術，例如   氣   儲運技術、   氣利用中的   調峰技術、小規模用戶的   氣經濟利用技術等，這些問題的和解決對經濟和社會的可持續發展具有重要意義。目前的   氣儲運技術主要有管道   氣技術和液化   氣(LNG)技術，其它技術還有壓縮   氣儲運技術、吸附   氣儲運技術和   氣水合物儲運技術等。管道   氣和LNG主要針對大規模的   氣田和用戶，而對小型   氣田的開采運輸技術、小規模   氣用戶的儲運技術還沒有很好的解決方案。為此，深入分析和小規模   氣田的經濟開采和   氣儲運技術，在我國實現開源節流、減輕環境污染和推廣   氣使用具有重要的意義。
　　   氣在通常狀態下以氣體形式存在，與石油和煤炭相比，   氣的體積能量密度比較低，經濟   的   氣儲運技術是   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   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   氣輸送方法，是陸上進行   氣貿易、運輸的主要方式。海上   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，但該方法在運輸的靈活性方面不夠(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   氣用于有穩定的大儲量的   氣氣源和大規模用氣量的   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，通常只能通過調節管道   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   氣儲運技術有了長足的發展。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發展。日本是世界上   大的LNG國，其它LNG   和地區有韓國、臺灣地區、法國、西班牙、意大利、比利時、土耳其、希臘、   等。經過數十年的發展，液化   氣的工藝和生產設備性能都很大的，生產費用比1985年下降了40%以上。但由于LNG生產設施復雜、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貿易合同期長(一般為20~25年)的照付不議合同、LNG的用戶穩定等，所以現在LNG一般為長距離、大規模的船運。從經濟性上考察，目前的液化   氣技術不是針對小規模的   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。通過加壓(高于20MPa)方式，將   氣壓縮儲存在壓力容器內進行儲運(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，用于   氣儲運和小規模   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。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。   氣吸附技術的主要包括優良吸附劑材料、   氣吸附熱質傳遞過程、吸附儲存容器等方面。   、日本等西方工業化   和我國在   氣吸附儲存技術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，   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   氣充氣系統中的昂貴多級壓縮設備，節省設備投資和能耗，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。   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   氣技術與LNG和CNG相比具有   大的商業應用價值。   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。