天然气吸附储运技术工艺研究

摘 要：随着我国经济的高速发展和可持续发展战略的提出，天然气在生态环境的改善方面做出巨大贡献，其作为一种比较清洁的能源也备受社会大众的青睐。然而，想要对天然气的推广，还有赖于存储运输技术的支持，本文以天然气主要的存储形式为研究出发点，具体研究其中的吸附式储运技术，并对影响吸附效果的原因进行分析。

关键词：天然气 吸附 储运技术

前言：与我国丰富的煤炭资源与石油资源相比，我国天然气资源的储量相对较少，但是，但煤炭资源与石油资源的燃烧率较低，且燃烧之后会产生大量的氮化物互为硫化物，对生态环境造成严重污染，所以，天然气以其燃烧率高、低碳、环保密度高等优势成为实现可持续发展战略的有效途径之一。然而，正是因为天然气资源密度高的特点，不易对其进行储运，因此，储运技术便成为对天然气推广应用的关键。

一、主要的天然气存储形式

天然气的主要存储形式有以下几种：其一，液化天然气储存，英文全称Liquefied Natural Gas，简称LNG，是一种在正常大气压下，使天然气以沸腾液体状态保存的储存形式，通常于112K低温储罐中储存，其优点是储存量较大大，但是液化条件苛刻，储存成本相对较高；其二，压缩天然气储存，英文全称Compressed Natural Gas，简称CNG，是一种在常温条件下，以20-25兆帕压力使天然气变成压缩超临界流体状态的储存方式，这种方式虽然储运率较高，但技术难度大，设备要求高，且安全性较低；其三，天然气水合物储存，英文全称Natural Gas Hydrate，简称NGH，是一种利用一定温度和压力将天然气中的小分子气体固化，从而方便储运的储存形式，但该方法速度较慢，实用性差；其四，吸附式天然气储存，英文全称Absorbed Natural Gas，简称ANG，是一种利用吸附剂，将天然气在常温状态下，以3.5兆帕压力使天然气集中吸附在吸附剂周围的储存形式，其储存量可达到通常状态下的180倍，是一种比较好的天然气存储方式，其优点有：对存储条件及存储设备的要求较低；存储容器材料选择范围广；在储运过程中相对安全，易于操作，是现阶段比较合适的天然气存储方式，以下本文将对其详细论述。

二、天然气吸附储运技术工艺的原理

吸附主要指的是固体物将液体或气体中的分子或离子吸在固体物表面的现象，一般情况下，我们将固体物成为吸附剂，而将被吸附的液体或气体成为吸附质。天然气吸附储运技术中所运用的是物理吸附，主要是将高比储气罐表面积的吸附剂装入储气罐中，加大储气罐内部的压力，再利用吸附剂的微孔结构，将气体天然气吸附在固体吸附剂中，当使用时，将储气罐内部的多余气压发出，天然气便可从吸附剂表面脱离，供外界使用。这种吸附式的存储技术可以有效增加天然气的存储密度，增大储运量，节约运输成本与劳动力支出，也是天然气吸附储运技术工艺最大的优势。

三、影响吸附效果的具体因素

1.天然气成分

天然气的主要组成成分是甲烷，除甲烷以外，还有少量烃类、CO2以及含硫物质，吸附剂的吸附效果与天然气组成成分的比例有密切关系，如果所要吸附的天然气中杂质较多，很多烃类或含硫物质就会一直吸附在吸附剂上，长时间的积累会使吸附剂的吸附能力逐渐下降，从而影响存储效果，缩短吸附剂的使用周期。

对吸附剂吸附效果影响最大的物质是硫化烃，硫化烃具有比较强的还原性，遇氧容易转化成单元素的硫物质粘在吸附剂上，严重对吸附剂的吸附孔道造成堵塞，从而影响吸附剂的使用寿命。其次对吸附剂的吸附效果产生较大影响的是天然气中的丙烷和丁烷，被丙烷和丁烷污染过的吸附剂吸附能力明显变差，且不能恢复，从而造成天然气的存储量降低。因此，在对天然气进行吸附式存储时，要对所要吸附的天然气进行预先处理，使用膜分离法去除天然气中的硫物质，再在吸附之前先使用活性炭吸附或硅胶吸附，将天然气中的杂质去除，以便延长吸附剂的使用周期

2.吸附剂结构

吸附效果好的吸附剂是天然气吸附储运技术的的核心，现阶段，多孔炭质吸附剂是相对效果较好的吸附材料。天然气吸附剂不仅要有相对较大的表面积，还要有较多的内部微孔孔道，以便于更大体积天然气的吸附和脱附。学术界有一种假设认为，活性炭可以作为较好的吸附剂运用到天然气吸附式储运技术中，原因是活性炭有单分子碳元素平行构成，每层分子间的空间较大，可以对天然气中的甲烷进行充分吸收，通过科学家的反复计算，最适合的层间距为1.14纳米，在3.5兆帕气压的情况下，最大存储量为209v/v，释放量为195v/v。而另一种声音认为，吸附孔径的直径在1.5纳米时的吸附效果最好，可以使天然气的存储量达到最大值，而脱附时，孔径直径为2.5纳米的脱附效果最佳。

3.吸附与脱附热效应

吸附剂在对天然气进行吸附和脱附的过程中，会伴有一些吸热和放热现象，吸附时，在等量守恒条件下，产生放热现象，使整个吸附过程温度升高，不利于吸附剂对天然气的吸附，使吸附效果不理想，同样，在脱附时，会产生吸热现象，使整个吸附过程温度降低，同样不利于天然气的脱附，是天然气的运储率和使用率降低。

结论：天然气吸附储运技术工艺是一种储运效果好、技术要求低、储运过程相对较安全的储运方式，在储运过程中要注意天然气成分、吸附剂结构以及吸附与脱附热效应对其存储效果的影响，使其存储率增加，从而更好的完成国家对天然气的推广与应用。

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作者简介：贾宽（1987年10月-），男，汉族，籍贯湖北仙桃。2010年毕业于江汉石油学院，石油工程专业。2010年就职于中原油田，油气储运工程师，研究方向：天然气吸附储运技术工艺研究