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[摘 要]天然气的储运种类有管道天然气、液化天然气、压缩天然气、吸附天然气以及天然气水合物等。考虑天然气田的规模、所处的地理条件、用户和技术经济等条件，每种天然气储运方式所适用对象各不相同。本文对天然气储运技术的研究与发展进行了探讨。
[关键词]天然气；水合物；储运
中图分类号：TU996 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）20-0363-01
天然气是主要的能源商品，被用来发电，产生热能，还可以当作发动机和汽车的能量供应，或者作为化工产品的原材料，用于制造某种耗费能源的产品，但是天然气总是在不能充分利用它的地方发现，大量的天然气在当地面临困境，没有现成的、充足的市场。许多岸上或者近海的气田没有管线，这些地理上的不足，阻止了天然气顺利地到达能源消耗地，这就需要我们采用适当的储运方式把天然气输送到用户所在地区。
一、天然气储运技术
天然气在通常状态下以气体形式存在，与石油和煤炭相比，天然气的体积能量密度比较低，经济高效的天然气储运技术是天然气推广应用的关键。目前陆上天然气的运输以管道天然气为主，另外还有压缩天然气和海上天然气的运输则以LNG为主。
1.管道天然气（PNG）。采用管道输送天然气是一种比较方便的常规天然气输送方法，是陆上进行天然气贸易、运输的主要方式。海上天然气管道的长度受管道安装和维护费用的制约，不能太长。目前，世界上约75的天然气采用管道方式输送，但该方法在运输的灵活性方面不够（一般在管道建成和输气压力确定后，天然气的运输量就确定了）。管道天然气的输气压力通常在5～80MPa之间，其投资费用与管道所经过的地形和沿途加压站的建设有关，所以管道天然气的投资主要取决于管道距离，世界上天然气输送管道的投资为500×10～2600×10元/km。由于天然气管道及其附属设施的建设费用高，一般管道天然气用于有稳定的大储量的天然气气源和大规模用气量的天然气用户，例如我国建设的西气东输管道工程。在输送管道的直径、输气压力等确定的情况下，为适应用户对天然气使用量的峰谷变化，通常只能通过调节管道天然气的压力来适应用气量的变化，但如果用气量变化太大，则需建立储气库进行调峰，使投资费用大幅度增加，而且安全要求也高。另外，利用管道进行天然气贸易时，除受天然气气源、用户、资金等因素的影响之外，还常常受到政治因素的制约。
2.液化天然气（LNG）。天然气是在气田经过脱水再降温至-162℃左右形成液化天然气，天然气液化后的体积只有常温下天然气体积的1/600左右。自从1964年阿尔及利亚建成了世界上第一座LNG工厂以来，液化天然气储运技术有了长足的发展。近10年来，世界LNG消费量年均增长率为8.5%，高于其它一次能源的增长率，而且这种趋势将继续发展。日本是世界上最大的LNG进口国，其它LNG进口国家和地区有韩国、台湾地区、法国、西班牙、意大利、比利时、土耳其、希腊、美国等。经过数十年的发展，液化天然气的工艺和生产设备性能都得到很大的改善，生产费用比1985年下降了40以上。但由于LNG生产设施复杂、运输（大型低温船）和接收站（典型的LNG储罐的直径为7m，高45m，可储存10×10m4以上的LNG）等的投资大（处理1420×104m3/d天然气设施的投资约10×108美元），一般LNG要求气田天然气储量大（超过800×108m3）、LNG贸易合同期长（一般为20～25年）的照付不议合同、LNG的用户稳定等，所以现在LNG一般为长距离、大规模的船运。从经济性上考察，目前的液化天然气技术不是针对小规模的天然气气田和用户的。
二 、NGH储运天然气的技术步骤
1、NGH的制备。目前，NGH的制备尚处于试验阶段，没有实际工业应用流程，国内外试验室制备NGH一般主要包括配气系统、制冷系统、高压反应系统和数据采集系统四个方面，基本原理都是使甲烷和水（或外加剂等）在一定的温度、压强条件下相互反应形成水合物。NGH的生成需要具备三个条件，一是气体中存在液态水或过饱和水蒸气；二是具备足够高的压力；三是具备足够低的温度。如果气体压力有较大的波动或有晶体存在，能够促进水合物的生成；如果高于水合物的临界形成温度，则不论压力多大，也不会形成水合物。挪威科技大学的Gudmundsson等人认为，在2～6MPa压力和0～20℃温度下，当反应容器中的气一水体系过冷到理论平衡线以下4～5℃时，可以形成NGH。为了提高水合物的生成效率，在试验室研究和实用工艺过程的发展方面，研究者们进行了多次接触强化措施的尝试，认为以下措施有利于NGH的生成。（1）使用脂肪酸盐或其它降低表面张力的化学剂降低气一水界面的表面张力，促进气体的溶解。（2）使水合物在液一液界面形成，而不在气一液界面形成，气体溶解在非水溶性载体里进行水合反应，降低生成压力并提高生成效率。（3）使用低浓度的醇类和氯化烃类物质，促进笼型结构的形成和气体分子的吸附，从而提高水合物的生成效率。（4）投入水合物晶种，作为晶体生长的核心，促进水合物晶体的生长。（5）提高搅拌效率（例如采用紊流搅拌），促进水合物连续生成。
2.NGH的储存。Gudmundsson等人：发现，在0～20℃温度和2～6MPa压力条件下形成的天然气水合物，在-5℃、-10℃、-18℃的冷库中可以冷冻储存10d。分析原因可能是由于NGH表层的水合物分解后形成保护冰层，防止了进一步的分解。在大气压条件下，天然气水合物不能在零度以下温度储存。但是，天然气水合物可以储存在高压和高温条件下。温度和压力条件对水合物储气量的影響很大，试验表明，在一定范围内，压力越高、温度越低，水合物的储气密度越高，形成水合物所需的能耗也越大。但是，当压力达到一定值后，进一步提高压力对水合物储气量的影响很小。因此，如何确定水合物的储气条件，优化储气量与能耗的关系，提高水合物储气的经济性是NGH储存技术研究的关键。
水合物法储运天然气是一种高效、经济、安全的储运方式，它在小型、分散、边缘油田伴生气的开采、运输方面具有很大的优越性。但是，至今世界上还没有一个国家实现NGH储运技术的工业化，更没有形成成套技术。地球上以水合物形式赋存的天然气资源量是其余所有烃类资源量总和的两倍，我国的天然气水合物储量也很丰富。加强水合物储运技术的研究不但可以为天然气水合物的勘探开发提供理论基础，而且可以促进天然气的开采和应用，进而逐步改善我国能源结构的不合理性。
参考文献
[1] 王利生王志东：近临界流体储存车用天然气，石油与天然气化工.2006，25（1）。
[2] 李化罗小武等：天然气水合物储运技术综述，天然气与石油，2006，24（3）。
[关键词]天然气；水合物；储运
中图分类号：TU996 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）20-0363-01
天然气是主要的能源商品，被用来发电，产生热能，还可以当作发动机和汽车的能量供应，或者作为化工产品的原材料，用于制造某种耗费能源的产品，但是天然气总是在不能充分利用它的地方发现，大量的天然气在当地面临困境，没有现成的、充足的市场。许多岸上或者近海的气田没有管线，这些地理上的不足，阻止了天然气顺利地到达能源消耗地，这就需要我们采用适当的储运方式把天然气输送到用户所在地区。
一、天然气储运技术
天然气在通常状态下以气体形式存在，与石油和煤炭相比，天然气的体积能量密度比较低，经济高效的天然气储运技术是天然气推广应用的关键。目前陆上天然气的运输以管道天然气为主，另外还有压缩天然气和海上天然气的运输则以LNG为主。
1.管道天然气（PNG）。采用管道输送天然气是一种比较方便的常规天然气输送方法，是陆上进行天然气贸易、运输的主要方式。海上天然气管道的长度受管道安装和维护费用的制约，不能太长。目前，世界上约75的天然气采用管道方式输送，但该方法在运输的灵活性方面不够（一般在管道建成和输气压力确定后，天然气的运输量就确定了）。管道天然气的输气压力通常在5～80MPa之间，其投资费用与管道所经过的地形和沿途加压站的建设有关，所以管道天然气的投资主要取决于管道距离，世界上天然气输送管道的投资为500×10～2600×10元/km。由于天然气管道及其附属设施的建设费用高，一般管道天然气用于有稳定的大储量的天然气气源和大规模用气量的天然气用户，例如我国建设的西气东输管道工程。在输送管道的直径、输气压力等确定的情况下，为适应用户对天然气使用量的峰谷变化，通常只能通过调节管道天然气的压力来适应用气量的变化，但如果用气量变化太大，则需建立储气库进行调峰，使投资费用大幅度增加，而且安全要求也高。另外，利用管道进行天然气贸易时，除受天然气气源、用户、资金等因素的影响之外，还常常受到政治因素的制约。
2.液化天然气（LNG）。天然气是在气田经过脱水再降温至-162℃左右形成液化天然气，天然气液化后的体积只有常温下天然气体积的1/600左右。自从1964年阿尔及利亚建成了世界上第一座LNG工厂以来，液化天然气储运技术有了长足的发展。近10年来，世界LNG消费量年均增长率为8.5%，高于其它一次能源的增长率，而且这种趋势将继续发展。日本是世界上最大的LNG进口国，其它LNG进口国家和地区有韩国、台湾地区、法国、西班牙、意大利、比利时、土耳其、希腊、美国等。经过数十年的发展，液化天然气的工艺和生产设备性能都得到很大的改善，生产费用比1985年下降了40以上。但由于LNG生产设施复杂、运输（大型低温船）和接收站（典型的LNG储罐的直径为7m，高45m，可储存10×10m4以上的LNG）等的投资大（处理1420×104m3/d天然气设施的投资约10×108美元），一般LNG要求气田天然气储量大（超过800×108m3）、LNG贸易合同期长（一般为20～25年）的照付不议合同、LNG的用户稳定等，所以现在LNG一般为长距离、大规模的船运。从经济性上考察，目前的液化天然气技术不是针对小规模的天然气气田和用户的。
二 、NGH储运天然气的技术步骤
1、NGH的制备。目前，NGH的制备尚处于试验阶段，没有实际工业应用流程，国内外试验室制备NGH一般主要包括配气系统、制冷系统、高压反应系统和数据采集系统四个方面，基本原理都是使甲烷和水（或外加剂等）在一定的温度、压强条件下相互反应形成水合物。NGH的生成需要具备三个条件，一是气体中存在液态水或过饱和水蒸气；二是具备足够高的压力；三是具备足够低的温度。如果气体压力有较大的波动或有晶体存在，能够促进水合物的生成；如果高于水合物的临界形成温度，则不论压力多大，也不会形成水合物。挪威科技大学的Gudmundsson等人认为，在2～6MPa压力和0～20℃温度下，当反应容器中的气一水体系过冷到理论平衡线以下4～5℃时，可以形成NGH。为了提高水合物的生成效率，在试验室研究和实用工艺过程的发展方面，研究者们进行了多次接触强化措施的尝试，认为以下措施有利于NGH的生成。（1）使用脂肪酸盐或其它降低表面张力的化学剂降低气一水界面的表面张力，促进气体的溶解。（2）使水合物在液一液界面形成，而不在气一液界面形成，气体溶解在非水溶性载体里进行水合反应，降低生成压力并提高生成效率。（3）使用低浓度的醇类和氯化烃类物质，促进笼型结构的形成和气体分子的吸附，从而提高水合物的生成效率。（4）投入水合物晶种，作为晶体生长的核心，促进水合物晶体的生长。（5）提高搅拌效率（例如采用紊流搅拌），促进水合物连续生成。
2.NGH的储存。Gudmundsson等人：发现，在0～20℃温度和2～6MPa压力条件下形成的天然气水合物，在-5℃、-10℃、-18℃的冷库中可以冷冻储存10d。分析原因可能是由于NGH表层的水合物分解后形成保护冰层，防止了进一步的分解。在大气压条件下，天然气水合物不能在零度以下温度储存。但是，天然气水合物可以储存在高压和高温条件下。温度和压力条件对水合物储气量的影響很大，试验表明，在一定范围内，压力越高、温度越低，水合物的储气密度越高，形成水合物所需的能耗也越大。但是，当压力达到一定值后，进一步提高压力对水合物储气量的影响很小。因此，如何确定水合物的储气条件，优化储气量与能耗的关系，提高水合物储气的经济性是NGH储存技术研究的关键。
水合物法储运天然气是一种高效、经济、安全的储运方式，它在小型、分散、边缘油田伴生气的开采、运输方面具有很大的优越性。但是，至今世界上还没有一个国家实现NGH储运技术的工业化，更没有形成成套技术。地球上以水合物形式赋存的天然气资源量是其余所有烃类资源量总和的两倍，我国的天然气水合物储量也很丰富。加强水合物储运技术的研究不但可以为天然气水合物的勘探开发提供理论基础，而且可以促进天然气的开采和应用，进而逐步改善我国能源结构的不合理性。
参考文献
[1] 王利生王志东：近临界流体储存车用天然气，石油与天然气化工.2006，25（1）。
[2] 李化罗小武等：天然气水合物储运技术综述，天然气与石油，2006，24（3）。