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请教天然气水合物储存技术和应用情况? 一种新型天然气 储存技术 及其应用前景 章春笋,樊栓狮,郭彦坤,郑新 (中国科学院 广州能源研究所,广东 广州 510070) 摘 要 :天然气水合物(ngh)是在低温高压的条件下由水和天然气形成的笼形结晶化合物。天然气水合物储气技术是一种新型的天然气储气技术,具有能量密度高、安全可靠、费用低等优点。文章介绍了天然气水合物的制备、储气性能以及应用前景。 关键词 :天然气水合物;储气技术;性能;应用 1 引言 天然气是一种较为清洁的能源和化工原料,它与石油和煤炭等资源相比优越性非常明显,这主要表现在清洁、经济、方便以及用途广泛等4个方面[1]。由于天然气有独特的优势,一些专家预言:在未来的世界能源组成中,天然气的比重将会逐年上升。世界将在石油时代之后迎来天然气时代。 天然气的主要成分是甲烷,常压下沸点是零下162℃,不能在常温下加压液化。一般的储存天然气方式有以下几种[2,3]:储气包法;高压法(cng);液化法(lng)以及吸附法(ang)。 储气包法是将天然气压入低压涂胶气袋进行储存的,因其承受压力低、储气量小以及使用寿命短等缺点而基本淘汰。高压法是将天然气高压压缩进行储存的(又称压缩法),它具有储气量大、储气瓶寿命长等优点,同时,也具有投资费用高、安全性差等缺点。液化法是将天然气进行液化储存的,lng的体积仅是原气态体积的1/625,其密度为cng的两倍多,但是lng法需低温制冷,能耗高,维护保养较困难,而且由于lng工厂建设投资巨大,使得其经济性差。为了使天然气储存更加经济,国外学者提出吸附式储存天然气(ang)技术,它是将多孔吸附剂添充在储存容器中,在中高压(3.50mpa左右)条件下,利用吸附剂对天然气高的吸附容量来增加天然气的储存密度。ang储存方法较传统的cng有几点优势:储存压力较低,安全性能好;投资费用和操作费用低;日常维护方便。但是,由于存在需要高储气能力的天然气专用吸附剂这一不足之处,其发展也受到限制。 要大力发展天然气资源,满足人们更高的生活需要,需要一种投资费用低,既安全可靠,又经济的储存天然气的方法,以天然气水合物的方式储存天然气就是一种崭新的方式。 天然气水合物是由天然气中小分子气体(如ch4、c2h6等)在一定的温度、压力条件下和水作用生成的笼形结构的冰状晶体。用水合物储存天然气具有一定的优点[4]:(1)一单位体积的水合物能储存标准状态下180倍体积的天然气,储存空间小;(2)用水合物储存天然气比气态、液态天然气更加安全;(3)储存于水合物中的天然气释放过程缓慢,过程升温不大且可控;(4)天然气能在相对较低的压力下储存于水合物中。此外,自然界中存在大量的天然气水合物,国外现已探明的存于海底沉积层和大陆冻土带地层中的 天然气水合物储存 量相当于全球非再生能源(煤、石油、天然气等)储存量的2.84倍左右[5],说明水合物储存天然气技术有很好的自然背景。 2 天然气水合物的制备技术 天然气水合物制备装置如图1所示。主要包括反应釜、标准恒温浴槽、天然气减压器、质量流量控制器、压力与温度装置、数据采集系统等。反应釜是由不锈钢材料制成,容积为24cm\+3;标准恒温浴槽(hs\|6型)是由成都仪器厂生产的,控温范围为:-258.15~368.15k,控温精度为±001k;质量流量控制器是由北京七星华创电子股份有限公司生产的,流量范围为0~50ml/min,耐压为10mpa,精度为±2%f.s.;铂电阻温度器的测量范围为253.15~393.15k,精度为±0.1k;压力传感器的精度为±0.1%,量程为0~10mpa。 实验所用的天然气由甲烷、乙烷和丙烷混合成,摩尔分数分别为91.98%、5.06%和296%。实验所用的水为实验室自制的蒸馏水。在实验过程中,纯水体系的水合物生成速度缓慢和储气密度较低(图2),为了提高水合物的生成速度,可在水中添加少量的表面活性剂如十二烷基苯磺酸钠(sdbs)、十二烷基多糖苷(apg),图3和图4分别为浓度500×10-6v/v、1000×10-6v/v的sdbs和apg的水合物形成过程曲线图。从图2、图3以及图4可以看出,表面活性剂apg以及sdbs改善了天然气的储气性能,提高了水合物的生成速度和储气密度。 在图2,图3以及图4中,储气密度定义为单位体积的水合物所含有的标准状态下天然气体积;反应时间定义为水合物开始生成到水合物生成结束的时间段。 3 水合物储气技术的 应用前景 天然气水合物储气技术是近几年国外发展的新技术;而液化天然气(lng)在大量、船运天然气方面应用比较广泛;压缩天然气(cng)存在安全性不足、成本和能耗高等缺点。表1为挪威大学的gudmundsson等人不同储运方式(水合物储气技术与天然气液化技术)投资进行比较[6],用水合物储存1m3天然气的生产费用约0.24美元,而液化1m3天然气的生产费用就约0.37美元。可见水合物储存天然气具有很大的经济性。   注:1)设定天然气产率为每年4×109m3,运输距离为5500km。 随着石油资源的日见枯竭以及大气污染日益严重,作为城市绿色环保产物——天然气汽车越来越受到人们的重视。车用天然气 储存技术 在国内外得到不断的发展,就其储存方法来说,有储气包法、cng技术、近临界流体储气技术、lng技术和ang储气技术[5,7]。目前天然气汽车使用的燃料大多是压缩天然气(cng)。使用压缩天然气的缺点是储存压力高、行程短,同时cng加气站投资巨大。为克服上述缺点,美国已试验将天然气水合物作为车用燃料。天然气水合物具有高储能密度的特点,单位体积的水合物可储存150~180倍体积的天然气,因此行驶距离长,较压缩天然气、液化天然气和活性炭吸附天然气更具有优势。 对确定成分的天然气水合物,在3种条件下可使水合物分解:在某温度下降压使其压力低于相平衡压力;在某压力下升温使其温度高于相平衡温度;通过加入甲醇、乙二醇或其它电解质(如氯化钠、氯化钙等)。目前,把天然气化合物用于车用燃料,在技术上遇到的关键性问题是如何提高水合物的储气密度、生成速度以及提高水合物的分解速率,前者通过添加化学添加剂(如sdbs以及apg)以及搅拌等途径已基本解决,后者可以通过微波加速分散来达到应用条件(中国科学院广州能源研究所已在这一方面进行研究)。 天然气水合物与全球环境保护有着密切的关系。ch4的温室效应是co2的21倍,属强度高的温室效应气体。目前,大气中ch4容量约为6.9×1012m3,浓度约为co2的5‰,并且以近于1%的速度增长[8],因此国内外已开始重视天然气水合物对全球生态环境可能造成的影响。人们开始研究利用水合物储气技术来解决温室效应问题。其原理是:利用co2易于生成水合物的原理将大气中的co2分离,以水合物的形式储存于海底深处。同时,利用水合物相中的ch4可选择性被co2置换的原理,用大气中的co2置换天然气水合物中的ch4,将解决温室效应和开发天然气水合物相结合。 天然气水合物或其它气体水合物的技术会随着人们对水合物认识的不断加深而不断发展。由于水合物储气技术具有独特的优点,有可能成为比较常用的气体储存(如天然气、co2等)手段之一。 4 结 论 (1) 表面活性剂提高了水合物生成速度和储气密度,有效改善水合物的储气性能,为水合物储气技术的应用提供技术手段; (2) 水合物具有能量密度高的特点,其储气技术具有广阔的应用前景(天然气的固态储运及储藏;天然气水合物作为车用燃料以及环境保护等)。 参考文献 [1]宋岩,杨东波.未来天然气工业发展综述[j].天然气与石油,1999,17(1):64-68. [2] 陈进富,陆绍信.吸附法储存天然气汽车燃料技术的研究[j].天然气工业,1999,19(4):81-84. [3] 李伟华,朱刚.天然气汽车的储气技术[j].能源工程,2002,(2):6-10. [4] rogers r e, zhong y. feasibility of storing natural gas in hydrates commercially[a]. second international symposium on gas hydrates[c], toulouse. [5] 胡玉峰.天然气水合物及相关新技术研究进展[j].天然气工业,2001,21(5):84 -86. [6] gudmundsson j s. natural gas hydrate|an alternative to liquefied natural gas[j]. petroleum review may,1996:232-235. [7] 杨晓东,顾安忠,郑青榕.天然气吸附存储的实验研究方法[j].油气储运,2001,20(2):27-32. [8] kvenovlden k a. methane hydrate\|a major source of carbon in the shallowgeosphere[j]. chem geol, 1988,71:41-51. [ ]查看更多
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简介
职业:江西凯美迪生物医药技术有限公司 - 副矿长
学校:济南职业学院 - 化学化工学院
地区:四川省
个人简介:以吾人数十年必死之生命,立国家亿万年不死之根基,其价值之重可知。查看更多
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