摘　要：天然气水合物储运技术是一种崭新的天然气储运方式，是利用天然气水合物的巨大储气能力，将天然气利用一定的工艺制成固态的水合物，然后再把水合物运送到储气站，在储气站气化成天然气供用户使用。基于此，简要介绍天然气水合物（NGH）的形成、开采、储运、分解过程，并将天然气水合物（NGH）运输方式与液化天然气运输方式进行了经济比较，以期新型水合物储运方式引起天然气运输业的革命。

　　关键词：天然气水合物；天然气；水合物；储运

　　中图分类号：C93 　　文献标志码：A 　　文章编号：1000-8772（2012）09-0157-02

　　引言

　　天然气水合物也称为在较低的温度（0℃～10℃）与较高的压力（＞10MPa）条件下，由天然气与水结合成的一种白色结晶固体，类似于松散的冰或致密的雪。因天然气中含甲烷分子超过80%～90%，故也有人称天然气水合物为甲烷水合物。天然气水合物多呈白色或浅灰色晶体，外貌类似冰雪，可以像酒精块一样被点燃，故也有人叫它“可燃冰”。

　　天然气水合物具有很高的使用价值，1m3的天然气水合物等于164 m3的常规天然气及0.8 m3的淡水。目前可燃冰己经成为国际能源业公认的21世纪继石油天然气之后的接替能源，世界上可燃冰的总资源量相当于全球已知煤、石油和天然气的2倍，可满足人类 1 000 年的需求，是地球上正待开发的最大化石能源。估计海域储量为1 610千亿吨；冻土地区储量为5.3千亿吨。据推测，我国南海资源量可达700亿吨。

　　1 天然气水合物生成条件

　　（1）液态水的存在。液态水的存在是生成水合物的必要条件。

　　（2）低温。低温是形成水合物的重要条件，天然气的温度必须等于或低于天然气中水汽的露点。

　　（3）高压。组成相同的气体，水合物生成温度随压力升高（降低）而升高（降低）。

　　（4）其他条件。压力的波动、气流方向改变及微小水化晶的存在。

　　2 天然气水合物开采

　　目前天然气水合物的开采方法主要有三种。

　　（1）热解法。加温时“可燃冰”能够分解，由固态分解出甲烷蒸汽。但分解出的甲烷蒸汽不易收集。海底的多孔介质不是集中为“一片”，也不是一大块岩石，而是较为均匀地遍布着。如何布设管道并高效收集是急于解决的问题。

　　（2）降压法。有科学家提出将核废料埋入地底，利用核辐射效应使其分解。但它们都面临着和热解法同样布设管道并高效收集的问题。

　　（3）“置换法”。研究证实，将CO2液化（实现起来很容易），注入1 500米以下的海面，就会生成二氧化碳水合物，它的比重比海水大，便会沉入海底。如果将CO2注射入海底的甲烷水合物储层，因CO2较之甲烷易于形成水合物，因而就可能将甲烷水合物中的甲烷分子“挤走”，从而将其置换出来。

　　3 天然气水合物的储运

　　利用相平衡原理，天然气水合物在常温、常压下能分解，因此使天然气水合物保持稳定要么将NGH储存在高压下，要么储存在低温下。

　　天然气水合物能在常压和低于0℃（通常为-15℃）的温度储存和运输，气体逸失不明显，因而通常将天然气水合物在常压和-15℃的温度下置于绝热储罐中进行存储和运输。

　　目前，NCH的运输方式有三种：（1）生产干水合物，然后装到与LNG运输船相似的轮船中运送，到达目的地之后，在船上进行再气化，分离出来的游离水留在船上用作返航时的压舱水。（2）将经过两次脱水后稠度为1∶1的水合物浆泵入双壳运输船上的隔热密封舱进行运送，该舱压力为1MPa，温度为2℃～3℃。这种水合物浆再气化时可以得到约为原体积75倍的天然气。但由于运输能力的有效利用率仅为前一种工艺方法的一半左右，因而其运送成本明显增加。（3）将制成的干水合物与己经冷冻到-10℃的原油充分混合，形成悬浮于原油中的天然气水合物油浆液，然后在接近于常压的条件下由泵送入绝热的油轮隔舱或绝热性能良好、运距较短的输油管中，输送到接收终端后，在三相分离器升温，分离出原油、天然气和水。

　　4 天然气水合物的分解

　　天然气水合物的分解通常应具备的条件是：（1）对特定温度和组分的气体，其压力必须在水合物形成压力以下；（2）对特定压力和组分的气体，其温度必须提高到水合物形成温度以上；（3）对特定温度和压力的水合物加入电解质或醇类物质，改变水合物的平衡存在条件，从而使气体从水合物中解析出来。分解天然气水合物一般采用加热或降压的方法，在技术上不存在太大的问题。

　　5 天然气水合物储运技术主要应用方向

　　水合物在天然气储运方面的应用主要包括以下三个方面：

　　（1）天然气的长距离运输——固态天然气水合物（Dry Hydrate）。天然气是一种对环境比较友好的清洁能源，但由于处于气态存在运输问题。目前天然气的运输方式主要有两种：管道输送和液化天然气。在一定条件下把天然气转变为水合物进行运输、储存具有一定的优越性（见下表）。

　　（2）收集石油工业中的伴生气——两相冰水合物（Hydrate slurry）。对没有专门收集伴生气管道的石油部门，可利用水合物收集伴生气。

　　（3）天然气储存——在需要进行天然气储存的地方，把天然气转变为水合物储存在特定的海底或陆地上，在需要时再分解水合物获得天然气。

　　此外，我国存在许多小型、零散的天然气田，像常规的铺设天然气管道在经济上不可行。这时可利用水合物储运灵活的特点，把天然气转变为水合物进行开采、运输。

　　6 结束语

　　目前，NGH储运技术的研发仍处于初级阶段，该技术能否有广阔的应用前景，关键在于其工艺及经济可行性。由于NGH技术具有投资少、储运安全可靠、使用方便的优点，相信它会在不久的将来投入到实用中。我们今后仍需在水合物的快速形成、水合物运输船制造以及水合物分解利用方面进行深入研究，随着水合物基础研究的不断完善，这种新型水合物储运方式将会很快引起天然气运输业的革命。

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　　（责任编辑：陈喜辉）