天然氣儲運方式研討

黃召昌 張全林 秦瑞

摘 要 天然氣被認為是21世紀較為清潔的、豐富的能源，需大量的天然氣作為原料，因此需求日益增長。然而，作為不可再生資源，天然氣在世界范圍內分布極不均勻。因此，為大大方便存儲和運輸，可以選擇相關的方式先進儲存和運輸，本文主要介紹了吸附儲運天然氣。

關鍵詞 天然氣 儲運

一、天然氣儲運的方式

由于天然氣的分布極不均勻，在使用過程中我們采用多種儲運方法將天然氣運輸至指定的地點。天然氣的儲運方法目前有五種，分別是管道儲運、壓縮方式儲運（CNG）、液化儲運（LNG）、吸附儲運（ANG）和天然氣（NGH）。

二、儲運方式的特點

（一）管道儲運

管道儲運適用于穩(wěn)定氣源與穩(wěn)定用戶間的長期供氣情況，是一種成熟的已得到廣泛應用的技術。目前，約占總量的75%的天然氣采用管道輸送。我國的輸氣管道主要分布在四川盆地、東北地區(qū)和華北地區(qū)，管道總長約為20000Km。隨著天然氣用戶的增多和銷量的增長，天然氣管道總長還將快速增加。管道輸送的缺點是投資大、成本高，高壓天然氣管網(wǎng)造價在500～2600萬元/公里。

（二）CNG儲運

CNG儲運是將天然氣進行高度壓縮至20～25MPa，再用高壓氣瓶組槽車通過公路運輸，或將天然氣充入一個灌輸容器中，將容器固定在運輸船上海運，還可以將管束容器制成鐵路運輸槽車的形式通過鐵路運輸，在使用地的減壓站（輸配站）將高壓天然氣經(jīng)1～2級減壓（1.6MPa左右），然后泵入儲罐，或進一步調壓進入城市管網(wǎng)。CNG儲運使用與零散用戶及車用燃氣的用氣，技術難度低，成熟度高，在我國得到了一定程度的應用。但是由于其儲氣壓力高達20MPa以上，對儲存容器的要求高，具有一定的危險性，而且能量存儲密度不大，不具有大規(guī)模發(fā)展應用的可能性。

（三）LNG儲運

LNG儲運方式是利用低溫技術將天然氣液化，并以液體形式進行儲運的一種技術，一般采用丙烷預冷的混合制冷劑液化。LNG液化后的體積遠比氣體小，在運輸方面具有很大的優(yōu)勢。LNG運輸是目前天然氣遠洋輸送的主要手段，是提高海洋、荒漠地區(qū)天然氣開發(fā)利用率的有效方法。同時，LNG輸送成本僅為管道輸送的1/6～1/7，并可降低因氣源不足敷設管道而造成的風險。但是，LNG工廠規(guī)模龐大、設備昂貴，凈化、液化工藝復雜，運行費用較高。世界上大多數(shù)LNG都是采用船運的方式，LNG船結構復雜，技術要求高，耗資巨大。另外，由于儲存溫度低，LNG一旦發(fā)生泄漏將很快形成爆炸云團。因此，在生產(chǎn)和儲運過程中危險性很高。

（四）ANG儲運

ANG儲運方式克服了CNG儲存壓力過高的缺點。ANG是在儲罐中裝入高比表面的天然氣專用吸附劑，利用其巨大的內表面積和豐富的微孔結構，在一定的儲存壓力（3～4MPa）下使ANG達到與CNG相接近的存儲容量，使用時再通過降低儲存壓力，使被吸附的天然氣釋放出來。ANG降低了儲存壓力，使用安全方便，儲存容器無須隔熱，材質選擇余地大，質輕，低壓，具有一定的發(fā)展前景。

（五）NGH儲運

NGH儲運技術是近幾年國外研究發(fā)展的一項新技術，由于NGH儲量豐富，應用前景廣闊，現(xiàn)已成為能源前沿科學的熱點課題。一個單位體積的NGH固體中可含有100～300倍體積的天然氣氣體，以水合物形式來儲運天然氣具有體積小的優(yōu)點。同時，NGH的儲存壓力比CNG和LNG低，增加了系統(tǒng)的安全性和可靠性。另外，NGH儲運方式不需要復雜的設備（只需一級冷卻裝置），工藝流程簡化;在水合物狀態(tài)下儲運氣體的裝置不需要承受壓力，采用普通鋼材制造即可。

根據(jù)天然氣儲運設備的發(fā)展趨勢，在此重點闡述ANG儲運技術。

三、ANG（吸附儲運天然氣）的技術

（一）ANG儲運原理

吸附儲存天然氣（ANG）技術是在儲罐中裝入高比表面的天然氣專用吸附劑，利用其巨大的內表面積和豐富的微孔結構，在常溫、中壓（6.0MPa）下將天然氣吸附儲存的技術。當儲罐的壓力低于外界壓力時，氣體被吸附在吸附劑固體微孔的表面，借以儲存;當外界的壓力低于儲罐的壓力時，氣體從吸附劑固體表面脫附而出供應外界。在儲存容器中加入吸附劑后，雖然吸附劑本身要占據(jù)部分儲存空間，但因吸附劑的天然氣密度高，總體效果仍將顯著提高天然氣的體積能量密度。

（二）ANG技術的特點

ANG的主要特點在于較低壓下3.5～5MPa（僅為CNG的1/4～1/5）即可獲得接近于高壓20MPa下CNG的儲存能量密度。由于儲氣壓力低，在儲氣設備的容重比、型式、儲氣系統(tǒng)的成本等方面較CNG有較大優(yōu)勢。且儲罐形狀和材質選擇余地大，具有質輕低壓，使用方便和安全可靠等優(yōu)點。表1為目前3種天然氣儲運技術的比較。

（三）ANG技術研究現(xiàn)狀

ANG技術關鍵是開發(fā)甲烷吸附量高的天然氣專用吸附劑和吸附儲罐的設計。在此從吸附劑和儲罐設計兩方面進行闡述。

第一，吸附劑研究現(xiàn)狀。ANG技術的關鍵是高性能吸附劑的開發(fā)，吸附劑的瓶頸問題一旦得到解決就可能很快發(fā)展起來。除了車用外，ANG技術在天然氣調峰、船舶運輸、取代LNG為遠離天然氣管線的用戶提供天然氣及取代CNG為發(fā)電機提供緊急燃料供應等方面顯示了廣闊的應用前景。高表面活性炭這種高性能吸附劑的開發(fā)和制備正為ANG技術的發(fā)展提供了良好的契機。目前，該高表面活性炭的制備狀況良好。2007年，四川大英聚能公司建成30t/a生產(chǎn)線，已有產(chǎn)品推向市場。2009年，吉林鴻宇科技公司開始建設10t/a生產(chǎn)線，處于調試期，產(chǎn)品生產(chǎn)成本有望降至5×104元/t。以后將逐步形成萬噸級的生產(chǎn)規(guī)模，并發(fā)展其相關的產(chǎn)業(yè)技術。

第二，儲罐設計現(xiàn)狀。采用內置盤管的天然氣儲罐，盤管內采用冷卻水為介質。在儲氣時，盤管內通入冷卻水，降低吸附劑床層的溫度，提高吸附劑的吸附性能;放氣時，盤管內通入熱水，提高吸附劑床層的溫度，提高吸附劑的有效吸附量。

對比我公司生產(chǎn)18m?的高壓氣體運輸半掛車，使用CNG和ANG方式儲運天然氣的參數(shù)對比見表2。

CNG與ANG儲罐占用同樣大的車載體積，而CNG儲罐的公稱（2.25×8=18m3）卻比ANG儲罐的公稱體積（45m3）小得多。ANG儲罐設計壓力（5MPa）遠遠低于CNG鋼瓶的設計壓力（20MPa），這使得兩種儲罐的材質要求和制瓶工藝復雜程度也不同，CNG儲罐制瓶工藝復雜，且高壓要求需有6級壓縮，需要高壓加氣設備;ANG儲罐制瓶工藝相對簡單，由于壓力較小，在運行的過程中比CNG儲罐具有更高的安全性。另外，ANG在較小壓力下充裝天然氣體積大于CNG在較大壓力下充裝天然氣體積。

（四）ANG技術的發(fā)展趨勢

第一，燃氣調峰。我國目前主要應用地面大型儲罐供城市天然氣的調峰，其壓力與管網(wǎng)的壓力相當。如果采用ANG技術，則儲罐固定成本比現(xiàn)有的多了吸附劑的成本，但是按25℃、3.5Mpa下儲氣150（體積比）算儲氣能力卻是現(xiàn)有的4～5倍，可節(jié)省大量鋼材及占地面積，具有較強的經(jīng)濟優(yōu)勢和市場競爭力。

第二，零散氣井的儲運開發(fā)。根據(jù)相關報道，由于儲運設備的短缺，我國天然氣產(chǎn)量中的8%～10%被白白燃放掉;按傳統(tǒng)的管線輸送方式計算，目前我國內地還存在眾多沒有開采價值的中、小型氣田資源，大大降低了我國天然氣的總產(chǎn)量。如采用ANG儲運技術則可把這些零散井的天然氣以較低的成本、較小的風險、方便靈活的方式輸送到主管網(wǎng)中。隨著我國能源對外依存度的加大和天然氣價格的上漲，ANG技術在這方面的應用前景會越來越廣闊。

四、結語

第一，管道輸送技術成熟，單受氣源、距離及投資等條件的限制，遠洋輸送不易實現(xiàn)，而且運行和維護費用較高。

第二，LNG輸送方式在大規(guī)模、長距離、跨海船運方面應用廣泛，其儲存密度大、壓力低、系統(tǒng)的安全性和可靠性比較高，但天然氣液化臨界壓力高、臨界溫度低、液化成本高、技術難度大。尤其是建設初期成本投資巨大，在目前常規(guī)的輸配站受安全因素的制約，不能在人口密集的地區(qū)設立。

第三，CNG技術成熟度高，具有靈活性強、投資少等特點，特別適合于用氣量不大、用戶距氣源及輸氣干線較遠的情況。缺點是運行費用較大，不適合遠距離輸送，存在較大的安全隱患。

第四，ANG儲運壓力較低，安全性高，對儲罐主材要求低，制作工藝要求和制造成本低。

第五，NGH儲存密度高，投資運行費用低，安全性高，具有較大的應用和發(fā)展?jié)摿Γ瑔蝺\技術目前還處于研發(fā)階段。

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