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可燃冰——一种天然气储运的备选方案(五)

已有 989 次阅读 2019-11-6 21:56 |系统分类:观点评述

(五)建议展望

 

人工制备“可燃冰”(NGH)产业的三大环节为合成(生产)、储运(流通)、气化(消费)。其关键技术问题主要存在于合成与储运两部分。

5-1、快速合成:

一般认为,水合物的形成过程包括气体的溶解、成核与生长三部分,在形成初期普遍包含一个诱导期,这与多种因素相关,并且具有很大的随机性和不确定性。不同的诱导时间导致了人工NGH的形成可从数十分钟到数小时不等,这给其工业化进程增添了困难。

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图20、气体水合物形成过程示意图,P:气压,t:时间

 

作为整个产业链的基础,人工制备NGH的关键在于要尽量缩短其诱导和生长时间,以实现大规模的快速合成,这需要满足两个条件:大面积水气接触面的稳定存在,以及反应生成热的快速散失。基于这两点要求,鼓泡式反应器及其衍生设备逐渐成为了当前首选。此外,在各种提高储气效率的辅助手段当中,我更青睐仅通过调节系统温压和气体组成来改善相平衡的两种方法,从而可在无需额外添加助剂的情况下加快合成速率,提高储气密度。

值得一提的是,有资料提及了中科院青岛海洋研究所在深海环境中通过采用“原位还原法”,将海底溢出的甲烷快速合成为NGH,并放置在海底长达410天,创造了海底原位保存NGH时间最长的世界纪录。这与美国Texas A&M大学的SassenMacDonald的方法类似,他们在一定深度的海底采用特殊容器收集冒出的甲烷气泡,在合适的温压条件下 ,进入容器中的甲烷很容易生成较为坚硬的水合物,并很快将容器填满(这其实就是一种鼓泡式反应)。以此作为参考,通过模拟深海低温高压的反应环境,有望跨越充满不确定性的诱导期,使NGH的人工合成速率达到秒级程度。

5-2、安全储运:

LNG(液化天然气)和CNG(压缩天然气)相比较而言,NGH单位质量大,储气能力弱,但储运条件相对温和,因而该技术的未来优势在于对天然气进行安全存储,而非高效运输。另外,NGH的热导率低,隔热性好,从日本三井造船公司的“NGH雪球” 案例可推知,将产品加工成大体积的整块固体,要比粉末以及水合物浆的保温效果更好 。由此得出储运环节的关键在于,生成的NGH要容易固化成型,方便装卸,并能够安全且成本可控地进行存储和运输。

可以考虑将人工合成的NGH先压制成大块固体,再装入可拆合的“集装箱”式隔热容器中进行大规模仓式储运;也可以尝试采用“填充容器”的方法,在特制的稳压隔热罐内集中进行NGH的合成、存储和运输。此外,对于有条件的地区,还可研究利用输气管线内的高压天然气,以及LNG的深冷低温,在接收站直接进行NGH的合成与存储,以此来降低实际运营的成本。

5-3、合作与展望:

NGH雪球”是由三井造船公司与大阪大学以及日本国家海洋研究所共同合作开发的技术。大专院校及科研院所的优势在于:科研人力与技术资源雄厚,研究思路灵活广泛,并且具有较强的创新能力;而企/事业机构的技术部门则往往在掌握一定专业知识的同时,还更了解实际的市场需求。如果双方能够整合各自优势,开展分工合作,则有利于衔接上游研发与下游市场,从而打通“产学研”渠道,实现多方共赢。

     总之,“可燃冰”自身的属性,决定了其在未来可能会作为一种天然气储运的有效载体,而被加以重视和利用。尽管当前仍未实现大规模的工业化应用,国际上尤其是日本却从未放松对该领域的研究力度,并不断涌现出了一系列创新性专利成果和较成熟的技术。建议我国企业也在此领域开展一些独创性的工作和布局,并掌握属于自己的相关知识产权,以应对在未来真正实现产业化之后可能产生的专利纠纷与技术壁垒。


参考资料:

1、樊栓狮,《天然气水合物储存与运输技术》,化学工业出版社,2006/05

2、黄坤,《液化天然气供应技术》,石油工业出版社,2015/05

3李玉星,《天然气水合物储运技术讲座》(PPT),中国石油大学(华东),2013/08/04

4、张文玲 等,水合物储运天然气技术的研究进展,《天然气工业》,200020(3)95-98

5、任辉 等,我国人工可燃冰开发利用状况与战略研究,《中国煤炭地质》,201931(1),文章编号:1674-1803(2019)01-0001-07

6、《加油向未来》(第3季总决赛)CCTV-12018/11/18,视频片段:06’50”26’30” “可燃冰”实验  https://v.qq.com/x/cover/th7h5oyaxkd1rk2/t00283rzbcv.html?

7http://www.ecorr.org/news/industry/2017-09-28/167005.html

8https://zhuanlan.zhihu.com/p/45861658

9https://zhuanlan.zhihu.com/p/20528675

10https://zhuanlan.zhihu.com/p/27325644

11、https://baike.sogou.com/v71284454.htm?fromTitle=%E5%82%A8%E6%B0%94%E5%BA%93

12

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5OTA3NTAzNg==&mid=2652380600&idx=1&sn=8539f1aa736bb7663223907d03a0fdbc&chksm=bd2db00b8a5a391dbbe0f06761d1aec17fa02fad78bc58a6885d7744a200bf6165c6590c18b8&scene=21#wechat_redirect

13http://www.sohu.com/a/143314711_410558

14http://m.haiwainet.cn/middle/348231/2017/0317/content_30798800_1.html?from=singlemessage

15http://news.163.com/11/0117/08/6QJ9BRES00014AED.html

16http://ocean.china.com.cn/2013-04/07/content_28463914_5.htm


注:本文图片来自于网络,无商业用途。




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1 范振英

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