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天然气

天然气是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料。它主要存在于油田和天然气田,也有少量出于煤层。天然气也同原油一样埋藏在地下封闭的地质构造之中,有些和原油储藏在同一层位,有些单独存在。对于和原油储藏在同一层位的天然气,会伴随原油一起开采出来。天然气主要用途是作燃料,可制造炭黑、化学药品和液化石油气,由天然气生产的丙烷丁烷是现代工业的重要原料。天然气主要由气态低分子烃和非烃气体混合组成。。随着天然气价格改革的加速落实,“十三五”大力推动天然气发展预期的逐步临近,以及近期天气转凉天然气使用量的大幅增加,天然气的发展将迎来历史性机遇 。[1]

2018年5月25日,国家发展改革委宣布,自6月10日起理顺居民用气门站价格、完善天然气价格机制。

基本信息

中文名 天然气 价格 浮动
类型 气态化石燃料 主要组成 气态低分子烃和非烃气体
特性 具有无色、无味、无毒之特性 外文名 Natural gas
原料 甲烷 用途 用作燃料
分布区域 主要分布在中国的中西盆地 计量单位 千瓦时(kw·h)或焦耳(J)

基本定义

从广义的定义来说,天然气是指自然界中天然存在的一切气体,包括大气圈、水圈、和岩石圈中各种自然过程形成的气体。而人们长期以来通用的“天然气”的定义,是从能量角度出发的狭义定义,是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物。

天然气主要存在于油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气中,也有少量出于煤层。天然气又可分为伴生气和非伴生气两种。伴随原油共生,与原油同时被采出的油田气叫伴生气;非伴生气包括纯气田天然气和凝析气田天然气两种,在地层中都以气态存在。凝析气田天然气从地层流出井口后,随着压力的下降和温度的升高,分离为气液两相,气相是凝析气田天然气,液相是凝析液,叫凝析油。[2]

依天然气蕴藏状态,又分为构造性天然气、水溶性天然气、煤矿天然气等三种。而构造性天然气又可分为伴随原油出产的湿性天然气、不含液体成份的干性天然气。

天燃气每立方燃烧热值为8000大卡至8500大卡。每公斤液化气燃烧热值为11000大卡。气态液化气的比重为2.5公斤/立方米。每立方液化气燃烧热值为25200大卡。每瓶液化气重14.5公斤,总计燃烧热值159500大卡,相当于20立方天然气的燃烧热值。

化学成分

天然气主要成分烷烃,其中甲烷占绝大多数,另有少量的乙烷、丙烷和丁烷,此外一般有硫化氢二氧化碳和水气和少量一氧化碳及微量的稀有气体,如等。在标准状况下,甲烷丁烷以气体状态存在,戊烷以上为液体。甲烷是最短和最轻的烃分子。

有机硫化物硫化氢(H₂S)是常见的杂质,在大多数利用天然气的情况下都必须预先除去。含硫杂质多的天然气用英文的专业术语形容为"sour(酸的)"。[3]

尽管天然气是无色无味的,然而在送到最终用户之前,还要用硫醇来给天然气添加气味,以助于泄漏检测。天然气不像一氧化碳那样具有毒性,它本质上是对人体无害的。不过如果天然气处于高浓度的状态,并使空气中的氧气不足以维持生命的话,还是会致人死亡的,毕竟天然气不能用于人类呼吸。作为燃料,天然气也会因发生爆炸而造成伤亡。虽然天然气比空气轻而容易发散,但是当天然气在房屋或帐篷等封闭环境里聚集的情况下,达到一定的比例时,就会触发威力巨大的爆炸。爆炸可能会夷平整座房屋,甚至殃及邻近的建筑。甲烷在空气中的爆炸极限下限为5%,上限为15%。

理化性质

天然气蕴藏在地下多孔隙岩层中,包括油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气等,也有少量出于煤层。它是优质燃料和化工原料。

天然气主要用途是作燃料,可制造炭黑化学药品和液化石油气,由天然气生产的丙烷丁烷是现代工业的重要原料。天然气主要由气态低分子烃和非烃气体混合组成。

主要由甲烷(85%)和少量乙烷(9%)、丙烷(3%)、(2%)和丁烷(1%)组成。主要用作燃料,也用于制造乙醛乙炔碳黑乙醇甲醛、烃类燃料、氢化油、甲醇、硝酸、合成气和氯乙烯等化学物的原料。天然气被压缩成液体进行贮存和运输。煤矿工人、硝酸制造者、发电厂工人、有机化学合成工、燃气使用者、石油精炼工等有机会接触本品。主要经呼吸道进入人体。属单纯窒息性气体。浓度高时因置换空气而引起缺氧,导致呼吸短促,知觉丧失;严重者可因血氧过低窒息死亡。高压天然气可致冻伤。不完全燃烧可产生一氧化碳

天然气车辆发动机中要利用的压缩天然气的爆炸,由于气体挥发的性质,在自发的条件下基本是不具备的,所以需要使用外力将天然气浓度维持在5%到15%之间以触发爆炸。

主要分类

石油地质学中,通常指油田气和气田气。其组成以烃类为主,并含有非烃气体。广义的天然气是指地壳中一切天然生成的气体,包括油田气、气田气、泥火山气、煤层气和生物生成气等。按天然气在地下存在的相态可分为游离态、溶解态、吸附态和固态水合物。只有游离态的天然气经聚集形成天然气藏,才可开发利用。天然气主要用途是作燃料,可制造炭黑、化学药品和液化石油气,由天然气生产的丙烷、丁烷是现代工业的重要原料。天然气主要由气态低分子烃和非烃气体混合组成。

液化天然气

天然气在常压下,冷却至约 -162℃时,则由气态变成液态,称为液化天然气(英文LiquefiedNaturalGas,简称LNG)。LNG的主要成分为甲烷,还有少量的乙烷丙烷以及等。天然气在液化过程中进一步得到净化,甲烷纯度更高,几乎不含二氧化碳和硫化物,且无色无味、无毒。[4]

液化天然气与天然气比较有以下优点:

①便于贮存和运输;

液化天然气密度是标准状态下甲烷的625倍。也就是说,1m3液化天然气可气化成625 m3天然气,由此可见贮存和运输的方便性。

②安全性好;

天然气的储藏和运输主要方式是压缩(CNG)。由于压缩天然气的压力高,带来了很多安全隐患。

③间接投资少;

压缩天然气(CNG)体积能量密度约为汽油的26%,而液化天然气(LNG)体积能量密度约为汽油的72%,是压缩天然气(CNG)的两倍还多,因而使用LNG的汽车行程远,相对可大大减少汽车加气站的建设数量。

④调峰作用;

天然气作为民用燃气或发电厂的燃料,不可避免会有需要量的波动,这就要求供应上具有调峰作用。

⑤环保性;

天然气在液化前必须经过严格的预净化,因而LNG中的杂质含量远远低于CNG,为汽车尾气或作为燃料使用时排放满足更加严格的标准(如“欧Ⅱ”甚至“欧Ⅲ”)创造了条件。

压缩天然气

压缩天然气(Compressed Natural Gas,简称CNG)是天然气加压并以气态储存在容器中。压缩天然气除了可以用油田及天然气田里的天然气外,还可以人工制造生物沼气(主要成分是甲烷)。

压缩天然气与管道天然气的组分相同,主要成分为甲烷(CH4)。CNG可作为车辆燃料使用。CNG可以用来制作LNG(Liquefied Natural Gas),这种以CNG为燃料的车辆叫做NGV(NaturalGasVehicle)。液化石油气(Liquefied Petroleum Gas,简称LPG)经常容易与CNG混淆,其实它们有明显区别。[5]

CNG压缩天然气的火灾危险性:

1.燃烧爆炸性---可燃气体处于爆炸浓度范围内遇引火源能发生燃烧爆炸

2.扩散性---气体扩散性受气体本身密度的影响。密度比空气越轻,扩散性越大。

3.膨胀性---压缩气体因受热膨胀,使气瓶承受压力增大,可引起气瓶破裂或爆炸。

液化石油气

液化石油气是石油产品之一。英文名称liquefied petroleum gas,简称LPG。是由炼厂气或天然气(包括油田伴生气)加压、降温、液化得到的一种无色、挥发性气体。由炼厂气所得的液化石油气,主要成分为丙烷丙烯丁烷丁烯,同时含有少量戊烷、戊烯和微量硫化合物杂质。由天然气所得的液化气的成分基本不含烯烃。[6]

由于天然气的产地往往不在工业或人口集中地区,因此必须解决运输和储存问题。天然气的主要成分是甲烷,其临界温度为190.58K,在常温下无法仅靠加压将其液化。天然气的液化、储存技术已逐步成为一项重大的先进技术。

液化天然气(LNG)在中国已经成为一门新兴工业,正在迅猛发展。液化天然气(LNG)技术除了用来解决运输和储存问题外,还广泛地用于天然气使用时的调峰装置上。

液化煤层气

中国是世界煤炭生产大国,煤层气相应的储藏量也很大,储藏量和天然气基本一样。其基本成分是甲烷。它除了是廉价的化工原料外,主要作为燃料使用,它不仅作为居民的生活燃料,而且还被用作汽车、船舶、飞机等交通运输工具的燃料。由于煤层气热值高,燃烧产物对环境污染少,被认为是优质洁净燃料。[7]

将煤层气液化后使用,主要有几方面好处

① 经济性:投资成本较低,回收快。

② 安全性:“先采气,后采煤”的方式已成为发达国家能源利用的基本方式。“先采气,后采煤”大大提高了采煤的安全性。

③ 政策性:此方式可节约能源,做到能源的彻底利用,符合国家的相关政策。有利于获得政府的支持。

煤层气液化设备和天然气液化设备基本一样,只是由于大多数煤层气中氧、氮的含量比天然气略高,需要增加一套精馏系统。

使用优点

天然气是较为安全的燃气之一,它不含一氧化碳,也比空气轻,一旦泄漏,立即会向上扩散,不易积聚形成爆炸性气体,安全性较高。采用天然气作为能源,可减少和石油的用量,因而大大改善环境污染问题;天然气作为一种清洁能源,能减少二氧化硫和粉尘排放量近100%,减少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%,并有助于减少酸雨形成,舒缓地球温室效应,从根本上改善环境质量。但是,对于温室效应,天然气跟煤炭、石油一样会产生二氧化碳。因此,不能把天然气当做新能源。其优点有:

绿色环保 天然气是一种洁净环保的优质能源,几乎不含硫、粉尘和其他有害物质,燃烧时产生二氧化碳少于其他化石燃料,造成温室效应较低,因而能从根本上改善环境质量。

经济实惠 天然气与人工煤气相比,同比热值价格相当,并且天然气清洁干净,能延长灶具的使用寿命,也有利于用户减少维修费用的支出。天然气是洁净燃气,供应稳定,能够改善空气质量,因而能为该地区经济发展提供新的动力,带动经济繁荣及改善环境。

安全可靠 天然气无毒、易散发,比重轻于空气,不宜积聚成爆炸性气体,是较为安全的燃气。

改善生活 随着家庭使用安全、可靠的天然气,将会极大改善家居环境,提高生活质量。

天然气耗氧情况计算:1立方米天然气(纯度按100%计算)完全燃烧约需2.0立方米氧气,大约需要10立方米的空气。

分布地域

天然气蕴藏在地下多孔隙岩层中,主要成分为甲烷,比重约0.65,比空气轻,具有无色、无味、无毒之特性。天然气公司皆遵照政府规定添加臭剂(四氢噻吩),以资用户嗅辨。天然气在空气中含量达到一定程度后会使人窒息。天然气是存在于地下岩石储集层中以烃为主体的混合气体的统称。包括油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气等。它是优质燃料和化工原料。其中伴生气通常是原油的挥发性部分,以气的形式存在于含油层之上,凡有原油的地层中都有,只是油、气量比例不同。即使在同一油田中的石油和天然气来源也不一定相同。他们由不同的途径和经不同的过程汇集于相同的岩石储集层中。若为非伴生气,则与液态集聚无关,可能产生于植物物质。世界天然气产量中,主要是气田气和油田气。对煤层气的开采,现已日益受到重视。[8]

中国沉积岩分布面积广,陆相盆地多,形成优越的多种天然气储藏的地质条件。根据1993年全国天然气远景资源量的预测,中国天然气总资源量达38万亿m3,陆上天然气主要分布在中部和西部地区,分别占陆上资源量的43.2%和39.0%。中国天然气资源的层系分布以新生界第3系和古生界地层为主,在总资源量中,新生界占37.3%,中生界11.1%,上古生界25.5%,下古生界26.1%。天然气资源的成因类型是,高成熟的裂解气和煤层气占主导地位,分别占总资源量的28.3%和20.6%,油田伴生气占18.8%,煤层吸附气占27.6%,生物气占4.7%。

中国天然气探明储量集中在10个大型盆地,依次为:渤海湾四川松辽准噶尔、莺歌海-琼东南、柴达木、吐-哈、塔里木渤海鄂尔多斯。中国气田以中小型为主,大多数气田的地质构造比较复杂,勘探开发难度大。1991-1995年间,中国天然气产量从160.73亿m3增加到179.47亿m3,平均年增长速度为2.33%。

中国天然气资源量区域主要分布在中国的中西盆地。同时,中国还具有主要富集于华北地区非常规的煤层气远景资源。经过勘探,在中国960万平方公里的土地和300多万平方公里的管辖海域下,蕴藏着十分丰富的天然气资源。专家预测,资源总量可达40-60多万亿立方米,是一个天然气资源大国。勘探领域广阔,潜力巨大,前景十分美好。随着科技的发展,在未来的世界里人类肯定会找到比天然气更为理想的能源。但不管将来谁取代天然气,天然气将起到向新能源迈进的不可替代的重要的桥梁作用。

衍生产品

天然气是一种重要的能源,广泛用作城市煤气和工业燃料;但通常所称的天然气只指贮存于地层较深部的一种富含碳氢化合物的可燃气体,而与石油共生的天然气常称为油田伴生气。

天然气燃料是各种替代燃料中最早广泛使用的一种,它分为压缩天然气(CNG)和液化天然气(LNG)两种。工业用天燃气可用外混式烧嘴进行燃烧。

液化气体

液化天然气(LNG)在中国已经成为一门新兴工业,正在迅猛发展。液化天然气(LNG)技术除了用来解决运输和储存问题外,还广泛地用于天然气使用时的调峰装置上。由于天然气的产地往往不在工业或人口集中地区,因此必须解决运输和储存问题。天然气的主要成分是甲烷,其临界温度为190.58K,在常温下无法仅靠加压将其液化。天然气的液化、储存技术已逐步成为一项重大的先进技术。

液化石油气

液化石油气是石油产品之一。英文名称liquefied petroleum gas,简称LPG。是由炼厂气或天然气(包括油田伴生气)加压、降温、液化得到的一种无色、挥发性气体。

液化石油气(简称液化气)是石油在提炼汽油、煤油、柴油、重油等油品过程中剩下的一种石油尾气,通过一定程序,对石油尾气加以回收利用,采取加压的措施,使其变成液体,装在受压容器内,液化气的名称即由此而来。它的主要成分有乙烯乙烷、丙烯丙烷丁烷等,同时含有少量戊烷戊烯和微量硫化合物杂质。由天然气所得的液化气的成分基本不含烯烃。在气瓶内呈液态状,一旦流出会汽化成比原体积大约二百五十倍的可燃气体,并极易扩散,遇到明火就会燃烧或爆炸。因此,使用液化气也要特别注意。

液化煤层气

中国是世界煤炭生产大国,煤层气相应的储藏量也很大,储藏量和天然气基本一样。其基本成分是甲烷。它除了是廉价的化工原料外,主要作为燃料使用,它不仅作为居民的生活燃料,而且还被用作汽车、船舶、飞机等交通运输工具的燃料。由于煤层气热值高,燃烧产物对环境污染少,被认为是优质洁净燃料。将煤层气液化后使用,主要有几方面好处:

① 经济性:投资成本较低,回收快。

② 安全性:“先采气,后采煤”的方式已成为发达国家能源利用的基本方式。“先采气,后采煤”大大提高了采煤的安全性。

③ 政策性:此方式可节约能源,做到能源的彻底利用,符合国家的相关政策。有利于获得政府的支持。煤层气液化设备和天然气液化设备基本一样,只是由于大多数煤层气中的含量比天然气略高,需要增加一套精馏系统。

人工煤气

煤气是用煤或焦炭等固体原料,经干馏或汽化制得的,其主要成分有一氧化碳甲烷等。因此,煤气有毒,易于空气形成爆炸性混合物,使用时应引起高度注意。

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