天然气水合物储运技术的研究和应用

陈海军

石油天然气吉林工程质量监督站

摘要：天然气储运技术是开发、利用天然气资源的关键环节。只有做好天然气的储存和输送，保证天然气的安全和稳定，才能大力推广天然气应用。天然气水合物储运技术便是其中一种储运技术。本文就此展开了讨论，先是分析了天然气水合物储运关键环节的应用技术，然后简单介绍了天然气水合物储运技术在其它方面的应用。

关键词：天然气；水合物；储运技术；研究；应用

常见的天然气储运技术包括LNG储运技术、管道储运技术、吸附储运技术、水合物储运技术、压缩储运技术等。不同储运技术的适用场景、应用优势、技术原理都有所不同。天然气水合物储运技术也有其它技术不具备的优点。如天然气储气量大、投资成本低、安全性较高等。进一步加大天然气水合物储运技术的研究力度，不仅有助于促进天然气的开发和利用，而且还能加快我国天然气项目工程的建设。

一、天然气水合物储运技术分析

顾名思义，天然气水合物的主要成分就是天然气和水。在特定温度、压力条件下，气体分子会通过范德华力吸附在水分子结晶网格之间的空穴中，从而形成一种包合物。天然气水合物的储气量非常高，1个标准体积的水合物可储存150-180个标准体积的天然气。相比于其它储运方式，天然气水合物储运方式是以固态形式存在的。固态天然气水合物的稳定性、安全性比气态、液态的天然气要高很多。

天然气水合物储运的关键环节包括合成、储运、分解。若想更好地应用天然气水合物储运技术，就要正确看待这三个步骤。首先，天然气水合物合成是最基础的环节。比较常用的合成方法就是使用添加剂。有关实验表明，十二烷基硫酸钠、烷基多苷这两种化学品的作用效果最为明显。它们不仅仅能显著提高天然气水合物的反应速度，也能有效提高水合物的储气量。此外，采用机械搅拌、喷雾、鼓泡等方法，也能进一步促进天然气水合物的合成。这三种方法的应用原理是扩大天然气、水合物液体的接触面积，并加快气泡扩散。其次，天然气储运的目的就是将其输送到用户端口。为此，在运输过程中必须做好安全措施。通常天然气水合物运输所需要的储存技术主要包括绝热技术、货物装卸技术、降低气体逸失技术。在实际运输过程中还要注意运输天然气水合物的运输舱、罐一定要大于液化天然气运输舱、罐的体积。另外，在运输中还须做好密封工作。同时，注意在运输过程中，若天然气水合物存在分解情况，则要及时回收利用分离出的天然气。最后，对于天然气水合物的分解可采取加热、降温、加入电解质、微波、超声波等方法。简而言之，若要保证天然气水合物的分解效率，就要合理控制其温压条件，同时还要采用科学的方法回收水资源。

二、天然气水合物储运技术的应用

1.天然气储运中的应用

对比几种天然气储运技术，天然气水合物储运技术具有以下优点：初期投资较低，其合成、储存技术比较优廉，输送容器也有很大的改进；运营投资比较少，每体积释放的天然气含量较高且运输时可采用油罐车；可灵活调节输送体积；适用于大部分地区；安全性高；可用于天然气调峰。如今，经过国内外诸多专家学者的研究，天然气水合物储运技术逐渐趋于成熟。

将天然气转化为固态的天然气水合物进行运输、储存能有效提高天然气的安全性。毕竟气体、液态状态下的天然气更不稳定，易发生安全事故，尤其是在长距离天然气运输中，天然气水合物储运技术优势更为明显。另外，随着我国工业的发展，天然气水合物储运技术也在不断地进步。比如在合成环节，研究人员通过分子自组装及吸附-还原技术将常规促进剂的活性基团和纳米金属粒子固定在聚合物纳米球表面，成功制备了以聚合物纳米球为载体的水合物高效纳米促进剂。这种促进剂能使天然气水合物在一个小时内完成150倍的气体储存。不仅如此，它还能解决泡沫缺陷问题，并实现促进剂的重复利用。又如我国科学家利用降压法，将海底原本稳定的压力降低，从而打破了天然气水合物储层的成藏条件，之后再将分散在类似海绵空隙中一样的可燃冰聚集，而后利用自主研发的水、沙、气分离核心技术实现了天然气水合物的开采。

2.在海水淡化中的应用

利用天然气水合物进行海水淡化的主要原理是先使海水里的水分子与小分子物质反应，生成固态晶体，而后固液分离，在特定的温压条件下使晶体分解，从而得到淡水。这种技术最大的优点在于淡化装置比较简便、能源消耗比较少、生产过程环保且安全。

我国有关这方面的研究落后于发达国家。最先研究利用水合物法实现海水淡化的是李栋梁等学者。随后，青岛海洋地质研究所研发出了一种新型的海水淡化设备，能用于不同温度条件下的水合剂淡化海水研究。水合物淡化海水的主要流程是：选择水合剂、通海水、给予特定温度和压力、合成水合物晶体、分离晶体和浓盐水、给予特定温度和压力、分解水合物、二次淡化。采用这一方法不仅能实现水合剂的循环利用，还能节约投资成本。但这种方法也存在水质不达标、固液分离不彻底等问题。若要解决彻底解决这些问题，就要加大水合物淡化海水的研究力度。

3.在湖盐开发中的应用

目前，比较常用的湖盐开发方法包括电吸附、膜法、蒸馏法。在工业生产中膜法、蒸馏法最为常见。但这两种方法有一个共同点：能源消耗比较高。显然，这并不符合节能减排、环境友好型的社会发展理念。利用天然气水合物进行湖盐开发的原理是当水合物温度高于10℃时，就会自动分解。气体状态的水合物表明气体分子、水分子反应能使湖水浓缩直至析出湖盐结晶析出。而在我国大多数咸水湖基本处于高寒区域，年平均气温低于10℃。这种低温条件更利于析出湖盐结晶。相信随着我国工业行业的发展，这种湖盐开发会逐渐形成完整的工业链。最重要的是这种开采方式不会造成环境污染。此外，有关学者进行试验后，也证明通过控制温压条件开发湖盐是可行的。

4.在制冷中的应用

利用天然气水合物制冷的原理是在耗电期波谷期，储藏过剩冷量；在耗电高峰期，释放过剩冷量。过剩冷量主要是被储藏在水合物中，而后利用换热器将其分解。这样做能有效降低制冷费用、缩短耗电高峰期的运行制冷时间。在国外诸多国家进行蓄冷技术研究后，我国中科院广州能源所也进行了相关实验，并对其进行了深入研究。经过一系列实验研究，发现二氧化碳和THF水合物浆混合物在将来有极大地可能被应用在蓄冷工业中。

6.在分离高纯度甲烷中的应用

天然气水合物还可用于沼气中甲烷的分离、提纯。其主要优势体现在效率高、投资少、可规划化等方面。有关实验表明：利用水合物提分离、净化甲烷，其理论纯度约为99％。虽然实际反应条件有所差别，但相比于其它方法来说，其纯度仍然比较高。有此理论基础，相信随着科学技术的发展沼气提纯甲烷会成为现实。一旦实现大范围的甲烷提纯，不仅能节约能源、增加农民收入，还能保护环境。

除此之外，天然气水合物技术在其它方面也有所应用。比如有毒气体处理、天然气汽车燃料、石油化工、气体水合物分离、汽车驱动等应用中。其中一些技术也已经规模化、工业化。由此可见，天然水合物储运技术具有很大的发展前景，加大天然气水合物储运技术的研究力度还是非常有必要。

综上所述，在天然气应用越来越广泛的情况下，深入研究天然气水合物储运技术既有助于推动天然气的开采和利用，也能带动其它工业的发展。虽然我国天然气水合物储运技术仍存在一些问题。但是相信随着我国科学技术的发展，天然气储运技术也会更加成熟、完善。

参考文献

[1]巩艳.水合物法储运天然气技术[J].内蒙古石油化工,2017,43(10):93-95.

[2]谢毅,叶阳.天然气水合物储运技术研究与发展[J].石化技术,2017,24(07):129.

[3]吴传芝,孙长青,赵克斌,杨俊,陈银节.水合物储运天然气技术研究进展[J].天然气与石油,2017,35(01):29-35+8.

[4]王博,赵龙.水合物储运天然气技术特点及应用分析[J].化工管理,2015(23):143-144.