天然气储运方式研讨

黄召昌 张全林 秦瑞

摘 要 天然气被认为是21世纪较为清洁的、丰富的能源，需大量的天然气作为原料，因此需求日益增长。然而，作为不可再生资源，天然气在世界范围内分布极不均匀。因此，为大大方便存储和运输，可以选择相关的方式先进储存和运输，本文主要介绍了吸附储运天然气。

关键词 天然气 储运

一、天然气储运的方式

由于天然气的分布极不均匀，在使用过程中我们采用多种储运方法将天然气运输至指定的地点。天然气的储运方法目前有五种，分别是管道储运、压缩方式储运（CNG）、液化储运（LNG）、吸附储运（ANG）和天然气（NGH）。

二、储运方式的特点

（一）管道储运

管道储运适用于稳定气源与稳定用户间的长期供气情况，是一种成熟的已得到广泛应用的技术。目前，约占总量的75%的天然气采用管道输送。我国的输气管道主要分布在四川盆地、东北地区和华北地区，管道总长约为20000Km。随着天然气用户的增多和销量的增长，天然气管道总长还将快速增加。管道输送的缺点是投资大、成本高，高压天然气管网造价在500～2600万元/公里。

（二）CNG储运

CNG储运是将天然气进行高度压缩至20～25MPa，再用高压气瓶组槽车通过公路运输，或将天然气充入一个灌输容器中，将容器固定在运输船上海运，还可以将管束容器制成铁路运输槽车的形式通过铁路运输，在使用地的减压站（输配站）将高压天然气经1～2级减压（1.6MPa左右），然后泵入储罐，或进一步调压进入城市管网。CNG储运使用与零散用户及车用燃气的用气，技术难度低，成熟度高，在我国得到了一定程度的应用。但是由于其储气压力高达20MPa以上，对储存容器的要求高，具有一定的危险性，而且能量存储密度不大，不具有大规模发展应用的可能性。

（三）LNG储运

LNG储运方式是利用低温技术将天然气液化，并以液体形式进行储运的一种技术，一般采用丙烷预冷的混合制冷剂液化。LNG液化后的体积远比气体小，在运输方面具有很大的优势。LNG运输是目前天然气远洋输送的主要手段，是提高海洋、荒漠地区天然气开发利用率的有效方法。同时，LNG输送成本仅为管道输送的1/6～1/7，并可降低因气源不足敷设管道而造成的风险。但是，LNG工厂规模庞大、设备昂贵，净化、液化工艺复杂，运行费用较高。世界上大多数LNG都是采用船运的方式，LNG船结构复杂，技术要求高，耗资巨大。另外，由于储存温度低，LNG一旦发生泄漏将很快形成爆炸云团。因此，在生产和储运过程中危险性很高。

（四）ANG储运

ANG储运方式克服了CNG储存压力过高的缺点。ANG是在储罐中装入高比表面的天然气专用吸附剂，利用其巨大的内表面积和丰富的微孔结构，在一定的储存压力（3～4MPa）下使ANG达到与CNG相接近的存储容量，使用时再通过降低储存压力，使被吸附的天然气释放出来。ANG降低了储存压力，使用安全方便，储存容器无须隔热，材质选择余地大，质轻，低压，具有一定的發展前景。

（五）NGH储运

NGH储运技术是近几年国外研究发展的一项新技术，由于NGH储量丰富，应用前景广阔，现已成为能源前沿科学的热点课题。一个单位体积的NGH固体中可含有100～300倍体积的天然气气体，以水合物形式来储运天然气具有体积小的优点。同时，NGH的储存压力比CNG和LNG低，增加了系统的安全性和可靠性。另外，NGH储运方式不需要复杂的设备（只需一级冷却装置），工艺流程简化;在水合物状态下储运气体的装置不需要承受压力，采用普通钢材制造即可。

根据天然气储运设备的发展趋势，在此重点阐述ANG储运技术。

三、ANG（吸附储运天然气）的技术

（一）ANG储运原理

吸附储存天然气（ANG）技术是在储罐中装入高比表面的天然气专用吸附剂，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）下将天然气吸附储存的技术。当储罐的压力低于外界压力时，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的压力时，气体从吸附剂固体表面脱附而出供应外界。在储存容器中加入吸附剂后，虽然吸附剂本身要占据部分储存空间，但因吸附剂的天然气密度高，总体效果仍将显著提高天然气的体积能量密度。

（二）ANG技术的特点

ANG的主要特点在于较低压下3.5～5MPa（仅为CNG的1/4～1/5）即可获得接近于高压20MPa下CNG的储存能量密度。由于储气压力低，在储气设备的容重比、型式、储气系统的成本等方面较CNG有较大优势。且储罐形状和材质选择余地大，具有质轻低压，使用方便和安全可靠等优点。表1为目前3种天然气储运技术的比较。

（三）ANG技术研究现状

ANG技术关键是开发甲烷吸附量高的天然气专用吸附剂和吸附储罐的设计。在此从吸附剂和储罐设计两方面进行阐述。

第一，吸附剂研究现状。ANG技术的关键是高性能吸附剂的开发，吸附剂的瓶颈问题一旦得到解决就可能很快发展起来。除了车用外，ANG技术在天然气调峰、船舶运输、取代LNG为远离天然气管线的用户提供天然气及取代CNG为发电机提供紧急燃料供应等方面显示了广阔的应用前景。高表面活性炭这种高性能吸附剂的开发和制备正为ANG技术的发展提供了良好的契机。目前，该高表面活性炭的制备状况良好。2007年，四川大英聚能公司建成30t/a生产线，已有产品推向市场。2009年，吉林鸿宇科技公司开始建设10t/a生产线，处于调试期，产品生产成本有望降至5×104元/t。以后将逐步形成万吨级的生产规模，并发展其相关的产业技术。

第二，储罐设计现状。采用内置盘管的天然气储罐，盘管内采用冷却水为介质。在储气时，盘管内通入冷却水，降低吸附剂床层的温度，提高吸附剂的吸附性能;放气时，盘管内通入热水，提高吸附剂床层的温度，提高吸附剂的有效吸附量。

对比我公司生产18m?的高压气体运输半挂车，使用CNG和ANG方式储运天然气的参数对比见表2。

CNG与ANG储罐占用同样大的车载体积，而CNG储罐的公称（2.25×8=18m3）却比ANG储罐的公称体积（45m3）小得多。ANG储罐设计压力（5MPa）远远低于CNG钢瓶的设计压力（20MPa），这使得两种储罐的材质要求和制瓶工艺复杂程度也不同，CNG储罐制瓶工艺复杂，且高压要求需有6级压缩，需要高压加气设备;ANG储罐制瓶工艺相对简单，由于压力较小，在运行的过程中比CNG储罐具有更高的安全性。另外，ANG在较小压力下充装天然气体积大于CNG在较大压力下充装天然气体积。

（四）ANG技术的发展趋势

第一，燃气调峰。我国目前主要应用地面大型储罐供城市天然气的调峰，其压力与管网的压力相当。如果采用ANG技术，则储罐固定成本比现有的多了吸附剂的成本，但是按25℃、3.5Mpa下储气150（体积比）算储气能力却是现有的4～5倍，可节省大量钢材及占地面积，具有较强的经济优势和市场竞争力。

第二，零散气井的储运开发。根据相关报道，由于储运设备的短缺，我国天然气产量中的8%～10%被白白燃放掉;按传统的管线输送方式计算，目前我国内地还存在众多没有开采价值的中、小型气田资源，大大降低了我国天然气的总产量。如采用ANG储运技术则可把这些零散井的天然气以较低的成本、较小的风险、方便灵活的方式输送到主管网中。随着我国能源对外依存度的加大和天然气价格的上涨，ANG技术在这方面的应用前景会越来越广阔。

四、结语

第一，管道输送技术成熟，单受气源、距离及投资等条件的限制，远洋输送不易实现，而且运行和维护费用较高。

第二，LNG输送方式在大规模、长距离、跨海船运方面应用广泛，其储存密度大、压力低、系统的安全性和可靠性比较高，但天然气液化临界压力高、临界温度低、液化成本高、技术难度大。尤其是建设初期成本投资巨大，在目前常规的输配站受安全因素的制约，不能在人口密集的地区设立。

第三，CNG技术成熟度高，具有灵活性强、投资少等特点，特别适合于用气量不大、用户距气源及输气干线较远的情况。缺点是运行费用较大，不适合远距离输送，存在较大的安全隐患。

第四，ANG储运压力较低，安全性高，对储罐主材要求低，制作工艺要求和制造成本低。

第五，NGH儲存密度高，投资运行费用低，安全性高，具有较大的应用和发展潜力，单储运技术目前还处于研发阶段。

参考文献

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