【烏審旗百方綠源油氣】分享：壓縮天然氣：能源領域的新興力量

一、引言

在當今能源領域，壓縮天然氣（Compressed Natural Gas，簡稱CNG）正逐漸嶄露頭角，成為一種備受矚目的清潔能源。隨著全球對環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的關注度不斷提高，尋找高效、清潔的能源替代方案成為當務之急。CNG以其獨特的優(yōu)勢，在能源結構中占據著越來越重要的地位。

二、壓縮天然氣的定義與生產過程

（一）定義

壓縮天然氣是將天然氣壓縮到壓力大于或等于10MPa且不大于25MPa的氣態(tài)形式，是天然氣加壓并以氣態(tài)儲存在容器中的一種能源形態(tài)。它主要成分為甲烷（CH?），與管道天然氣的組分相同。

（二）生產過程

天然氣的壓縮生產通常需要兩個關鍵步驟。首先，通過天然氣適配器，將從井口或勘探洞采集到的原始天然氣收集起來。隨后，將這些天然氣傳輸至天然氣壓縮機中，壓縮機利用曲軸旋轉和連桿傳動，使活塞在氣缸內進行往復運動，改變氣缸工作容積，從而實現氣體的壓縮。在壓縮過程中，氣體體積被壓縮成原先的幾倍，密度得以提高。同時，由于氣體壓縮會產生大量熱量，導致壓縮機內氣體溫度迅速上升，因此需要通過空氣冷卻或水冷卻等手段來控制溫度，防止壓縮機過熱或損壞。經過這一系列處理后，天然氣便被壓縮成為CNG，可儲存于高壓容器中。

三、壓縮天然氣的物理化學性質

（一）物理性質

天然氣本身是無色無味的，但在輸送給最終用戶之前，會添加硫醇以賦予其氣味，便于泄漏檢測。天然氣比空氣輕，甲烷作為其主要成分，在低溫高壓下可變成液體，臨界溫度為-82.11℃，臨界壓力為4.64MPa，液化后體積將縮至1/600。壓縮天然氣一般存儲在壓力為2900—3600 psi（約20—25MPa）的圓柱或球形壓力容器中。

（二）化學性質

甲烷燃燒時會產生微微發(fā)光的藍色火焰，燃盡1Nm3甲烷需9.52Nm3空氣。甲烷在空氣中的爆炸極限為下限5%，上限15%。甲烷燃燒生成水和二氧化碳，水雖然無害，但二氧化碳是溫室效應氣體之一，會對環(huán)境產生**影響。

四、壓縮天然氣的應用領域

（一）車用燃料

CNG作為一種理想的車用替代能源，其應用技術經過數十年發(fā)展已日趨成熟。以CNG為燃料的車輛被稱為NGV（Natural Gas Vehicle）。CNG汽車主要將甲烷構成的天然氣在25MPa左右的壓力下儲存在車內類似油箱的氣瓶內，用作汽車燃料。在CNG加氣站，0.3—0.8MPa的低壓天然氣經過天然氣壓縮機升壓到25MPa，由順序控制盤控制，按高、中、低壓順序儲存到儲氣鋼瓶組，再由CNG加氣機向汽車鋼瓶加注。汽車鋼瓶內的高壓氣經過減壓裝置減壓后，經燃氣混合器向發(fā)動機供氣。CNG汽車具有成本低、效益高、無污染、使用安全便捷等特點，在亞太地區(qū)、拉丁美洲、歐洲和美國等地，隨著汽油價格上漲以及對環(huán)境問題的關注，CNG汽車越來越多地得到應用，大量CNG改裝套件和卡車、游覽車、校車、火車等開始普及。

（二）城市燃氣

在城市燃氣領域，CNG也發(fā)揮著重要作用。它可滿足城鎮(zhèn)居民炊事、生活熱水等用氣需求，還可為公共服務設施如機場、政府機關、醫(yī)院、賓館、學校等提供燃氣。此外，CNG還可用于集中式采暖用戶、燃氣空調以及分戶式采暖用戶等。

（三）工業(yè)燃料

在建材、機電、輕紡、石化、冶金等工業(yè)領域，CNG可作為可中斷的用戶使用。例如，以天然氣代油、液化石油氣項目，以天然氣為燃料的新建項目，以及以天然氣代煤項目等，都可以使用CNG作為能源。同時，在城鎮(zhèn)中心城區(qū)的工業(yè)鍋爐燃料天然氣置換項目中，CNG也有著廣泛的應用。

（四）其他領域

除了上述領域，CNG還可用于天然氣發(fā)電，如煤層氣（煤礦瓦斯）發(fā)電項目和天然氣熱電聯(lián)產項目。在天然氣化工領域，CNG可作為可中斷用戶用于天然氣制氫項目。此外，CNG還可用于內河、湖泊和沿海航運的以天然氣為燃料的運輸船舶（含雙燃料和單一天然氣燃料運輸船舶），以及城鎮(zhèn)中具有應急和調峰功能的天然氣儲存設施和用于調峰和儲備的小型天然氣液化設施等。

五、壓縮天然氣的優(yōu)缺點

（一）優(yōu)點

• 成本低、效益高：與氣瓶組相比，管束容器雖然略重，但制作工藝較為簡單，相同容積的造價更低。同時，CNG技術難度低，成熟度高，適用于零散用戶及車用燃氣的用氣，具有較高的經濟效益。
• 無污染：CNG作為一種清潔能源，燃燒后產生的污染物較少，對環(huán)境的污染較小，有助于減少大氣污染，改善空氣質量。
• 使用安全便捷：CNG比空氣輕，泄漏后容易擴散，相對較為安全。而且其儲存和運輸技術相對成熟，使用起來較為便捷。
• 補充管輸天然氣需求：作為管輸天然氣的一種有效補充手段，CNG能夠滿足長輸管線不能覆蓋的中小城鎮(zhèn)的天然氣需求，擴大天然氣的供應范圍。

（二）缺點

• 儲存要求高：由于CNG的儲氣壓力高達20MPa以上，對儲存容器的要求**，需要具備高強度、耐高壓等性能，這增加了儲存容器的制造成本和安全風險。
• 能量儲存密度不大：CNG的能量儲存密度相對較低，這限制了其在大規(guī)模能源存儲和長距離運輸方面的應用，不具有大規(guī)模發(fā)展應用的可能性。
• 供應因素復雜：影響壓縮天然氣供應方式的因素較多，如供氣規(guī)模、用氣性質、氣源位置及數量、原料價格、運距等，需要綜合考慮這些因素，才能合理地確定供氣方案，增加了供應管理的復雜性。

六、壓縮天然氣的發(fā)展趨勢

（一）技術創(chuàng)新

未來，壓縮天然氣技術將在安全方面做出更多改進，通過研發(fā)更先進的儲存容器材料和安全監(jiān)測技術，提高CNG儲存和運輸的安全性，保證技術的實用性和運行穩(wěn)定性。同時，還將進一步提高壓縮效率，降低壓縮過程中的能耗，提高能源利用效率。

（二）應用范圍擴大

隨著技術的不斷發(fā)展和普及，壓縮天然氣技術將更多地應用到民用和工業(yè)領域中，滿足日益增長的能源需求。例如，在民用領域，CNG可能會在更多的家庭供暖、熱水供應等方面得到應用；在工業(yè)領域，CNG有望在更多的工業(yè)生產過程中替代傳統(tǒng)能源，推動工業(yè)的綠色發(fā)展。

（三）與其他能源融合

壓縮天然氣技術將與其他能源技術進行融合，形成多元化的能源供應體系。例如，CNG可以與可再生能源如太陽能、風能等進行結合，實現能源的互補和優(yōu)化配置，提高能源供應的穩(wěn)定性和可靠性。

七、結論

壓縮天然氣作為一種重要的清潔能源，在能源領域具有廣闊的發(fā)展前景。盡管目前存在一些缺點和挑戰(zhàn)，但隨著技術的不斷進步和創(chuàng)新，這些問題將逐步得到解決。未來，CNG將在車用燃料、城市燃氣、工業(yè)燃料等多個領域發(fā)揮更加重要的作用，為優(yōu)化能源結構、減少環(huán)境污染、實現可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻。我們應充分認識到CNG的價值和潛力，加大對CNG技術研發(fā)和推廣應用的支持力度，推動壓縮天然氣產業(yè)的健康發(fā)展。

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