天然气的非管输储运技术

目前，   气的非管输储运技术主要包括压缩   气(CNG)储气、液化   气(LNG)储气、地下储气库(UNGS)储气、水合物(NGH)储气、吸附   气(ANG)储气和近临界流体(NCF)储气。
　　1、压缩   气(CNG)
　　CNG为常温高压储存(20MPa)，是一种理想的车用替代能源，具有成本低、效益高、   、使用   便捷等优点。CNG的生产输送过程是将低压   气增压至20~25MPa，再通过高压气瓶组车通过公路运输，在使用地的减压站(输配站)将高压   气经1~2级减压至1.6MPa，   后进入储罐或进一步减压进入城市管网。该方案技术难度低，成熟度高，   性可基本。在25MPa的情况下，   气可压缩至原来体积的1/300，降低了储存容积，但压力的增大，也对CNG技术中的关键设备—储气瓶的质量提出了   高的要求。
　　CNG的生产设备主要有调压器、换热器、球罐等，生产设备费用投资较小。CNG是目前车用   气燃料的主要储存方式，缺点是储气瓶质量大，体积大。与液体燃料相比，   气体积能量密度低，20MPa压力下的CNG燃料仅相当于汽油能量密度的30%，在生产输送过程中也存在很高的危险性，还需在运行效率的优化和管道事故的应急处理等方面开展工作。
　　2、液化   气(LNG)储气技术
　　LNG的生产输送过程是将气态   气经过“三脱”(脱水、脱烃、脱酸性气体等)处理后，再经液化处理成为液态(-162℃)，一般采用丙烷预冷的混合制冷液化技术。由于净化、液化工艺复杂，设备投资较大，运行费用较高。LNG液化站一般应建在气井处，好处是气源充足，气价低，LNG产量大，便于回收投资。LNG采用江南体育绑定银行卡 车通过公路来运输，到达目的地后，LNG经罐车自增压系统增压，进入LNG储罐。储罐中的LNG再自增压系统压入气化器中气化，经调压计量送入城市管网。由于涉及相变过程，为防止出现超压现象，还设置了BOG系统、放散系统、氮气吹扫系统等。输运技术目前在理论上已日趋成熟，并且在淮阳、深圳等地开始应用。在，LNG被广泛用于   气的海上运输，但是，LNG的长距离陆地输送尚存在较大的   性问题。LNG在储存、运输与使用等方面都有显著的优势。但是，目前LNG仅占   气消费量的6%。要提高LNG在   气消费中的比重，就   解决LNG发展中存在的难题，即由于组分差异和温度差异造成的LNG分层而产生的涡旋，涡旋会引起LNG内部能量势的改变，从而导致LNG储存失稳，产生重大   隐患。因此，在生产和储运过程中有很高的危险性。
　　从20世纪60~70年代开始，学者就对LNG涡旋展开了，从不同的假设条件出发建立了涡旋的数学模型。特别是Bates等人提出的BatesandMorrison模型，克服了原有模型假设分层面静止的弊端，考虑了分层面的下降运动，采用较简单的数学方法对LNG涡旋进行了。我国对LNG储存非稳定性始于20世纪80年代，经过试验模拟和数值模拟，在LNG储存的热流体力学、非平衡热力学等方面取得了   的进展。我国在LNG方面已取得了长足的进步，特别是以顾安忠教授为代表的上海交通大学的人员，在低温流体力学、制冷理论与技术、   气液化设备与工艺等方面取得了丰硕的成果。在今后一段时期，运用热力学、传热学和流体力学来   气储存的稳定性仍将是LNG应用基础的重要内容。除此以外，   气和制冷剂的热物性及迁移特性，   气液化流程和设备模拟，   气液化流程的系统模拟和优化，小型   气液化装置的与优化，LNG冷量利用技术以及提高LNG设备效率技术都将成为LNG的热点。
　　3、地下储气库技术(UNGS)
　　地下储气库的   气储存有枯竭的油气田储气、含水多孔地层储气、盐矿层储气和利用废矿储气等。地下储气库技术始于20世纪初，1915年加拿大在安大略省WELLLAND气田进行的气田储气试验揭开了   气储存的序幕。到2002年，全世界约有560座地下储气库，储气库的总容积约为5100*108m³，可以进行调峰的气量约为2500*108m³。
　　近年来，由于能源需求形式日趋严峻，关于地下储气库的应用基础和工艺技术也越来越活跃，关于地下储气库的正朝着数值化、自动化的方向发展，覆盖了地质、钻井、、储运、化工、环保、测控仪表等诸多学科，已经取得了显著的成就。
　　由于   气需求量的时变性，以及地下储气库建设的复杂性，因此，可以预见，在今后一段时期内，以下几个方面将成为地下储气库的。
　　(1)地下储气库地层伤害潜在因素评价与分析。储层保护技术在油气田中已经广泛的应用，但是，专门针对地下储气库地层的伤害与保护还相当缺乏。根据地下储气库工作压力高、注采频繁、多相流动的特点，应对地层应力敏感性、相圈闭损害分析和地层微粒运移规律进行，为地下储气库的地层保护提供理论依据。
　　(2)水平井建井技术的推广。定向井技术已广泛应用于油气勘探的钻井中，特别是水平井，不仅能解决地质构造条件下的建井问题，而且能显著提高流体渗流面积，增加储气库的储存效率。
　　(3)地层多相渗流与岩石力学的。对   气地下储存时的地层多相渗流进行了专门，然而国内在这方面只进行了少量的。   气在储存过程中的多相渗流行为与开采过程中渗流行为之间存在的差异，对   气储存能力有着直接的影响。地层岩石的应力分布和力学稳定性对储气库的储存能力也有显著影响。有   对地下多相渗流与岩石力学行为做深入，为准确确定   气储存能力提供依据。
　　(4)监测系统的优化配置。地下储气库的检测包括地下腔室形态检测、密闭行检测、运行压力检测以及环保和   检测。这些检测技术应该能够实时准确地实现信息传输与应急处理。网络化、数字化和自动化是地下储气库检测系统未来发展的方向。
　　4、吸附   气(ANG)
　　ANG是在储罐中装入高比表面的   气吸附剂，利用其巨大的内表面积和丰富的微孔结构，在常温、中压(6.0MPa)下将   气吸附储存的技术。当储罐中压力低于外界时，气体被吸附在吸附剂固体微孔的表面，借以储存；当外界的压力低于储罐中压力时，气体从吸附剂固体表面脱附而出供应外界。与CNG相比，ANG投资和操作费用可降低50%，具有储罐形状和材质选择余地大、质轻、低压，使用方便和   等优点，其技术关键是甲烷吸附量高的   气吸附剂。
　　目前ANG储气技术的主要是针对   气汽车(NGV)，目标是争取取代CNG技术，淘汰笨重的高压气瓶，并LNG车用燃料技术，实现商业化应用，使该技术能够成为   气汽车的主要燃料储存方法，以扩大   气汽车的使用数量。ANG技术具有以下特点。
　　(1)压力较低(3.5~6.0MPa)，对储气和充气设备耐压性能要求不高，所需设备均可实现国产化，投资费用低，充气设备仅需中压压缩机即可，节约了充气站的建站费用和操作费用。
　　(2)中低压下使用   气，其   性能   好。
　　(3)中低压条件下储存   气具有日常维护方便、操作费用低等优点。
　　在   意义上，ANG也属于压力储存，但由于储存压力比CNG低，因此容器质量相应减轻，   性相对提高。就目前与的进展情况来看，该项技术还存在着3个需要解决的问题。
　　(1)在相同储存容积下的储气密度，ANG吸附容器比CNG储气瓶或LNG储存容器低得多，即CNG储气瓶储气密度为其容器的230倍左右，LNG储存容器储气密度为其容器的600倍以上，而ANG吸附容器储气密度则为其容器的140倍。
　　(2)   气吸附与释放过程中的热效应影响问题尚未妥善解决。
　　(3)   气中的重组分在释放过程中的滞留问题仍待解决。
　　总之，后两个问题是属于工艺过程和储存容器结构改进的范畴，相对而言比较容易解决，关键问题是吸附剂。目前，的部门都将吸附剂的集中在活性碳类材料吸附性能的提高方面，但至今仍未取得明显效果。可以预见，吸附剂的吸附量如果能达到其容器的300倍左右，则其发展前景将会是一片光明。只要有了好的吸附剂，这项技术的应用范围就不再局限于汽车，而是可能发展成为一种新的   气储运方法，将吸附储存容器制成铁路罐车、汽车罐车及运输船的隔舱等移动运送工具，或是各种容器的   气储存容器，从而使这项技术的应用范围大地拓宽。
　　5、   气水合物(NGH)
　　   气水合物(NGH)是由水分子形成的孔穴吸附小分子烃类气体而形成的一种笼形结晶化合物。NGH具有   的结晶笼状结构，在标准状况下，1m³的气体水合物可储存   气150~200m³。以水合物形式存在的   气资源量是地球上其余所有烃类资源量总和的两倍。用水合物储存   气，对   气的预处理要求低，并且   、费用低，还能够为NGH的勘探提供理论基础。
　　NGH储运技术是近几年发展的一项，它不仅具有储存空间小的优点，而且它较气态、液态   气      ，由于水合物不易燃烧，因此分解过程缓慢。水合物能够在标准温度-10~0℃和压力0.1~1MPa的条件下保存，1m³的水合物相当于21MPa高压下的1m³压缩   气(包含200m³的   气)或-162℃下1m³LNG(包含637m³的   气)。与管道   气运输或者LNG运输相比，水合物需要较低的资本和运行耗费。较低的成本、简单和灵活的处理过程使得水合物运输   气值得推广发展。
　　目前，水合物储运   气技术需要解决的关键技术问题是水合物的大规模生成、固化成型、集装和运输过程中的   问题。从当前现状看，NGH的生产和储运工艺还未成熟，尚处于发展阶段。由于我国西部和海洋的   气储量非常丰富，开展对NGH储存工艺的基础及应用，对我国宏观能源战略决策有着重要而迫切的现实意义。NGH一般基于两方面考虑。一是开采海上气田或远洋   气，   气在出口国或气田加工成水合物，再通过轮船运往需要的地方气化后使用；二是内陆储运主要是在没有   铺设管道的情况下使用，因为NGH具有很大的灵活性。
　　目前，对NGH的主要是从水合物的制备、储存、再分解三个技术点展开。其中，   的水合物生产制备工艺尤为关键，通常将含气率作为评价反应进行程度的指标。针对水合物的制备，目前的主要技术路线是，在溶液(一般为冰水混合物)中制备；直接由冰转化为水合物；用含水   气采用节流膨胀工艺形成水合物。总之，NGH技术的储存与再分解技术已经过大量的，并不存在较大的难度，并且NGH的运输也比较经济。目前，制约NGH技术的瓶颈问题是，如何在工业化生产中提出经济合理的工艺流程，从而实现水合物储存   气具有、高储能的特性。
　　可以预见，关于NGH的热力学性质、形成与分解动力学的将进一步深入。在制备工艺技术方面，将以制备出   生产NGH为目标，从热力学和动力学角度分析出发，加强反应速率、提高产品含气率、减少产品附加水量等方面的攻关，为实现NGH生产工业化奠定技术基础。
　　6、近临界流体储存技术
　　利用近临界流体储存   气，是近年来兴起的一项新的   气储存技术。该技术的基本原理是，利用近临界流体特有的高溶解力、低粘度、易扩散的性质，实现对   气和临界流体之间的传质，进而将   气溶解其中。
　　目前，对   气的临界流体储存主要集中在两个方面，一是寻找高吸附能力的溶剂；二是探索降低吸附压力和温度条件限制的途径。俄克拉荷马大学   气利用技术所的一种“   气体”燃料，采用近临界流体储存技术，将   气与丙烷和丁烷混合，在室温条件下形成压力为13.79MPa(表压)的液体燃料，该燃料具有等量汽油70%的能量。由北京理工大学王利生等人提出的以凝析油戊烷为溶剂储存   气技术，其储存条件为室温，压力约为15MPa，50L容器中所释放的可燃性气体量约为21kg。
　　虽然近临界流体储存   气原理简单，操作方便，但是仍然未能实现工业化，在技术方面，关键问题在于如何找到和优化储气压力、温度，选择何种溶剂以及溶剂的用量。其中，对临界参数的测量是否准确尤其重要，要使这项技术推广，   对近临界流体的特征和相变参数进行准确的描述。