天然气水合物技术与供气可行性的若干研究

郭东升

摘要对天然气水合物技术进行适当的研究分析，确定其技术特点，并相对于其他天然气技术进行比较，诸如压缩天然气技术、液化天然气技术以及吸附天然气技术，对天然气水合物技术应用于燃气行业进行有效论证。在此基础上，对该技术流程提出设想，并对其技术工业化应用所存在的问题进行阐述。

关键词天然气水合物技术；燃气行业；技术流程；工业化应用

中图分类号TU99

文献标识码A

文章编号2095-6363（2017）04-0021-01

1.研究背景

在新时期条件下，随着世界各国经济的高速发展，随之而来的是能源的过度消耗。一方面，石油资源面临短缺；另一方面，能源的使用同时也加重了环境的负担，对生态环境产生一定的损害。在此前提下，开发和利用新能源就显得尤为重要。由于天然气具有清洁和高能效的诸多特点，因而被多数国家作为主要新能源进行开发和利用。天然气开发技术目前投入商业运营的主要有液化和压缩天然气技术，天然气吸附和水合物技术，目前仍在研究中。燃气行业目前主要应用的天然气技术为液化和压缩2种，主要应用于中小城镇的非管运输气化供气及储存等。天然气水合物技术作为天然气技术的新兴研究，其具有很大的发展和应用空间，加之我国海洋和冻土区具有相当数量的自然天然气水合物矿藏，因此，其具有很大的研究价值。目前我国已经在此项技术上进行了许多有利的研究探索，本文主要就天然气水合物的相关技术与特点进行讨论，旨在开发出更加有效、绿色环保的天然气供气方案。

2.天然气水合物技术及其相关特点研究

2.1天然气水合物的定义

在温度和压力一定的情况下，作为主体分子结构的水分子在氢键的作用下形成了一种稳定的点阵晶体结构，客体分子的天然气分子填充在点阵结构间的孔穴中，构成笼形结构的冰状晶体化合物，称作天然气化合物，简称NGH。由于NGH具有较大的储气能力，并且可以降低运输和储存成本，因此，NGH可作为非管输供气技术进行开发和利用。

2.2 NGH供气技术的特点

通过对NGH的相关物性的研究，我们得到NGH的部分参数，可以根据这一系列参数进一步研究NGH供气技术的相关特点：

1）NGH能够在2MPa～6MPa的压力条件下进行制备，并且对温度的要求也不是很高，一般为0～20°C左右。制备的条件不是很特殊，能够方便工作人员的处理。

2）NGH的制备工艺相较于液化天然气LNG和压缩天然气CNG，其不需要脱水和重烃，相同的还有除酸气等的严格工艺。由于天然气中存在丙烷等重烃类物质，在温度相同的条件下与甲烷比较，其形成的水合物的平衡压力大大降低。少量的CO₂、H₂S等酸性气体存在于天然气中，能够很好地保持笼形空隙结构，稳固烃类水合物，从而显著降低水合物的生成条件。综合来看，天然气中适量的酸性气体和重烃对生成NGH具有促进作用。

3）在与LNG供气技术进行比较时，NGH的热导率是18.7w/（m·K），因此其储存容器不用采取特殊的绝热手段。因为NGH能够在-15°C及常压的条件下进行稳定储存，所以其供气技术对制造储存容器的材料要求不是很严格。

4）具有良好的安全储运性能。

5）在NGH的分解过程中，一般使用高温或者降压技术，这种分解方式十分简单便捷，一般不会出现错误。

6）NGH储运量比其他的方法小，并且密度与水的密度相差不多，在一般情况下很难进行分离。因此会使水合物内包含水，使产品纯度不够。还会在运输上加大成本。

2.3天然气水合物技术的前景

液化天然气和压缩天然气技术是我国目前使用最多的供气技术，并且新开发出来的吸附天然气技术流传也越来越广泛。各个技术都有其独特的特点。对于液化天然气LNG和天然气水合物NGH来说，通常在常压下进行使用，对于压缩天然气CNG来说，需要的压力最大，能够达到20MPa。ANG也需要4MPa左右的压力。LNG需要很低的温度下储藏，与NGH一样都需要在0℃以下。而CNG与NAG都能够在常温下储藏。在4种天然气技术中，LNG、CNG、ANG都有很高的净化等级，只有NGH净化等级较低。并且LNG在储存时只需要绝热的双层金属容器，CNG使用耐高压无缝金属容器进行储存，ANG也需要耐压，但是NGH只需要一个普通的金属容器，是十分方便的。虽然NGH与ANG的贮存容量都很小，但是，他们却是最安全的。NGH在生产过程中不需要太复杂的工艺，并且成本相对较低。但是NGH在生产储运过程中需要消耗一部分水，这部分水看似会增大成本，但是却能够循环重复利用，是一种绿色环保的生产方式。其他的技术也有需要占用储存空间的，但是却不能像NGH一样能够充分的进行重复使用。通过研究调查与各个方面的比较，可以看出将NGH技术运用到燃气领域是十分恰当的。

2.4 NGH的流程

当前我国的NGH技术还没有十分的完善，因此，在一些技术上还存在一些漏洞。但是，由于NGH独特的技术优势，研究人员认为NGH必将会成为未来天然气领域的重要技术。主要通过在NGH矿田中开采，再进行运输与分离，最后为城市的各个用户输送。

目前输送NGH主要是非管输送这种方式，首先运输到指定的分解场地，进行热交换处理，能够使NGH释放出天然气，再进行压缩后输送给用户。运用这种方法能够很大程度的节约成本，在生产与运输过程中都会节约下大部分的资金，能够将整体的工程造价降到规定的水平。

3.NGH技术还需要进一步完善

世界上各个国家都在能源的开发与持续利用方面进行不断的探索与研讨。因此我国更应该加快发展的脚步，利用新技术进行天然气的研究，目前已经取得了很好的进展，天然气水合物技术就是一个典型的例子。为了更好地进行这个技术的探索，就需要找到其中存在的最根本的需要解決的方面。首先要注意怎样能够降低NGH的能源消耗，目前NGH技术虽然能够保证很低限度的工程成本，但是还需要对能源方面进行节约的研究，使得整个天然气领域能够更加环保，更加与我国持续发展的指标相符合。并且对于天然气水合物如何提高分离气体的能力以及反应的效率也要进行进一步提高。使整个反应过程能够在经济与快速的状态下进行，提高传热与传质的速度。NGH技术还需要进行探讨怎样能够更加便捷的进行水与水合物的分离，二者的密度相差不大，用一般的实验方法都不能得到良好的效果，我们不仅要考虑到如何进行分离，还需要研究降低天然气水合物含水的程度，这样就能够提高运输的效率与质量，使得每一次运输都能在更加经济的状态下进行水合物的传运。并且在天然气水合物装载与卸载方面也要进行合理的改进。

4.结论

天然气水合物在我国的很多地区都有发现，因此，这是一种新的能源技术，并且此项技术存在许多优点等待开发，我们要抓住这个机会，进行此项技术更深层次的研究与创新。我国也要在这方面多进行人才的培养，在各大高校开设此类的课程，使天然气水合物技术能够在更加科学更加绿色的环境下发展。我们要进行技术层面上的探讨，对其中存在的一些不足进行改进，并且还要研制更加高效率的运输、贮藏以及分离等方面的技术。能够使得这项技术为我国的天然气领域做出贡献，使我国的天然气能够在世界中立足，占有一定的市场份额。我国目前在楼房的供热与供电方面已经有了联合的处理方式，我们也可以将天然气水合物运用到这个领域，利用其它技术与天然气技术的结合，对NGH进行有效的分解，为楼房和其他建筑提供更加合适的燃气能源。我国的每一位新能源技术开发者都需要不断提高自己的技术水平，要多积累专业知识，全身心地投入到研发工作中，并且要有足够的责任心与创新精神，使得我们的天然气供气领域能够更加持续、健康的发展。