朱金朝 丁春晓
山东省特种设备检验研究院临沂分院 ,山东 临沂 276000
摘要：天然气是重要的化工原料和清洁能源，由于天然气资源分布不均衡，且大部分远离能源消耗区，往往不能得到有效利用，因此，天然气的运输显得尤为重要，运输方式的选择决定了天然气供应、消费的经济性。天然气水合物作为天然气的一种新的储运方式，其安全性和经济性使其在不远的将来具有很强的可行性。该技术对设备要求不高、成本低以及天然气水合物具有高密度储存天然气的特性，使其有可能成为LNG或PNG的技术补充甚至替代技术。
关键词：天然气水合物;人工合成;储运
天然气是重要的化工原料和清洁能源，在世界能源消费结构中，天然气已占23%。随着传统化石燃料煤、石油的逐步枯竭，天然气的能源地位有进一步增加的趋势，必将成为未来的主导能源。由于天然气资源分布不均衡（李其京，2008），且大部分远离能源消耗区，往往不能得到有效利用（张琳等，2006）。以我国为例，天然气的主要消耗区多分布在东南沿海地区，而陆地天然气的产出区则多在中西部，消耗区远离产出区，因此，天然气的运输显得尤为重要，运输方式的选择决定了天然气供应、消费的经济性（刘熠等，2006；王海秀等，2009）。
天然气的主要成分是甲烷，常压下甲烷的沸点为-162℃，不易液化。现有的天然气储运方式有5种：管道运输（PNG）、液化天然气（LNG）输送、压缩天然气（CNG）储运、吸附储运和天然气水合物（NGH）储运方式（张琳等，2006）。实际应用的运输方式主要是管道运输和液化天然气运输，还有少部分压缩天然气运输。目前，世界上约有75%的天然气采用管道输送（张文玲等，2000），我国西气东输工程也不例外，尽管管道运输技术相对成熟，但建设投资巨大，约占整个天然气工业投资的1/3，且远洋运输不易实现。管道天然气运输也受到气源、输送距离、管道维护保养、以及投资等条件的制约。LNG法是目前天然气远洋储运的主要手段，输送了天然气总量的约25%。该法需要低温制冷，能耗高，工厂建设初期投资巨大，运营费用高，技术要求高（樊栓狮等，2005）。
随着传统能源的逐步枯竭，储量丰富、绿色环保的天然气水合物资源必将在今后一个较长的时期内占据能源主导地位。随着人们对天然气水合物资源的研究的深入，天然气水合物不仅作为一种天然存在的能源，其作为天然气的一种新的储运方式，天然气水合物的安全性和经济性使其在不远的将来具有很强的可行性。
天然气水合物是气体分子与水在低温、高压条件下形成的类冰状的非化学计量的笼型结晶水合物，其主体分子（水分子）在氢键作用下形成大小和形状不同的多面体笼型结构，客体分子（气体分子）通过范德华力填充在笼（又称孔穴）中。天然气水合物在空间上呈笼型结构分布，故又称笼型水合物。不同的压力和温度条件下形成的水合物，具有不同的笼型和空间分布，从而形成不同类型的气体水合物，其分子式可以用M·nH2O来表示，式中，M代表“客体”气体分子，n为水合指数（即水分子数）。
理论上，天然气水合物储气量为150～200，即标准状态下，一个单位体积NGH固体中可含有150～200倍体积的天然气气体，其能量密度是常规天然气能量密度的2～5倍。
采用天然气水合物储运具有储存空间小、水合物易生成、安全性高等优点。一个单位体积NGH固体中可含有150～200倍体积的天然气气体。天然气水合物生成的温度和压力条件，不同的文献有所不同，一般来说，常压下形成水合物的温度在-1℃到-18℃之间，压力升高则水合物的生成温度升高。由于天然气水合物可在较高的温度和较低的压力下储运天然气，该技术在安全性和可行性方面具有很大的优势：对设备要求不高、成本低以及天然气水合物具有高密度储存天然气的特性，使其有可能成为LNG或PNG的技术补充甚至替代技术。
以天然气水合物（NGH）方式进行天然气的储运有望成为天然气储运的一种补充手段。我国有大量边远、小型的零散气田，井口压力高但总体储量有限（樊栓狮等，2005），以PNG法和LNG法输送成本较高，如果天然气储运技术不能进一步提高经济性，大量的这类气田将无法得到有效开采与利用，NGH储运有望解决上述难题。
与常规天然气储运技术相比，NGH比液化天然气技术要求低，能耗低，前期投资成本低等特点；NGH储存压力低于压缩天然气，增加了系统的安全性和可靠性，降低了生产成本。对于零散的气田的开发和运距小于5000km的海上运输，NGH比LNG具有明显的经济优势（樊栓狮等，2005）。水合物储运技术是潜在的长距离天然气、煤层气储运替代技术。此外，NGH技术也可作为城市用气的一种调峰手段。
天然气水合物的应用除了可以用作调峰、储运天然气外，更多灵活便捷的使用方式尚需进一步开发利用，便携式的天然气水合物的使用方式如在水合物中加入添加剂使其像类似固体酒精一样便于保存、灵活应用等。
参考文献：
1李其京. 天然气水合物生产工艺研究现状[J].辽宁化工, 2008, 37(4): 249-252.
2刘熠, 李长俊. 水合物技术在天然气储运中的应用[J]. 天然气与石油, 2006, 25(9): 14-16, 63-64.
3刘昌岭，孟庆国，等.天然气水合物实验测试技术[M].科学出版社.
4张琳, 李长俊. 水合物法储运天然气技术[J]. 天然气化工, 2006, 31(3): 46-49.
5张文玲, 李海国, 王胜杰, 等. 水合物储运天然气技术的研究进展[J]. 天然气工业，2000, 20(3): 95-98.
6樊栓狮, 华贲. 天然气水合物储运技术研究进展[J]. 储运与集输工程, 2005, 25 (11): 100-103.