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天然氣

天然氣是一種主要由甲烷組成的氣態化石燃料。它主要存在於油田和天然氣田,也有少量出於煤層。天然氣也同原油一樣埋藏在地下封閉的地質構造之中,有些和原油儲藏在同一層位,有些單獨存在。對於和原油儲藏在同一層位的天然氣,會伴隨原油一起開採出來。天然氣主要用途是作燃料,可製造炭黑、化學藥品和液化石油氣,由天然氣生產的丙烷丁烷是現代工業的重要原料。天然氣主要由氣態低分子烴和非烴氣體混合組成。。隨着天然氣價格改革的加速落實,「十三五」大力推動天然氣發展預期的逐步臨近,以及近期天氣轉涼天然氣使用量的大幅增加,天然氣的發展將迎來歷史性機遇 。[1]

2018年5月25日,國家發展改革委宣布,自6月10日起理順居民用氣門站價格、完善天然氣價格機制。

基本信息

中文名 天然氣 價格 浮動
類型 氣態化石燃料 主要組成 氣態低分子烴和非烴氣體
特性 具有無色、無味、無毒之特性 外文名 Natural gas
原料 甲烷 用途 用作燃料
分布區域 主要分布在中國的中西盆地 計量單位 千瓦時(kw·h)或焦耳(J)

基本定義

從廣義的定義來說,天然氣是指自然界中天然存在的一切氣體,包括大氣圈、水圈、和岩石圈中各種自然過程形成的氣體。而人們長期以來通用的「天然氣」的定義,是從能量角度出發的狹義定義,是指天然蘊藏於地層中的烴類和非烴類氣體的混合物。

天然氣主要存在於油田氣、氣田氣、煤層氣、泥火山氣和生物生成氣中,也有少量出於煤層。天然氣又可分為伴生氣和非伴生氣兩種。伴隨原油共生,與原油同時被采出的油田氣叫伴生氣;非伴生氣包括純氣田天然氣和凝析氣田天然氣兩種,在地層中都以氣態存在。凝析氣田天然氣從地層流出井口後,隨着壓力的下降和溫度的升高,分離為氣液兩相,氣相是凝析氣田天然氣,液相是凝析液,叫凝析油。[2]

依天然氣蘊藏狀態,又分為構造性天然氣、水溶性天然氣、煤礦天然氣等三種。而構造性天然氣又可分為伴隨原油出產的濕性天然氣、不含液體成份的乾性天然氣。

天燃氣每立方燃燒熱值為8000大卡至8500大卡。每公斤液化氣燃燒熱值為11000大卡。氣態液化氣的比重為2.5公斤/立方米。每立方液化氣燃燒熱值為25200大卡。每瓶液化氣重14.5公斤,總計燃燒熱值159500大卡,相當於20立方天然氣的燃燒熱值。

化學成分

天然氣主要成分烷烴,其中甲烷占絕大多數,另有少量的乙烷、丙烷和丁烷,此外一般有硫化氫二氧化碳和水氣和少量一氧化碳及微量的稀有氣體,如等。在標準狀況下,甲烷丁烷以氣體狀態存在,戊烷以上為液體。甲烷是最短和最輕的烴分子。

有機硫化物硫化氫(H₂S)是常見的雜質,在大多數利用天然氣的情況下都必須預先除去。含硫雜質多的天然氣用英文的專業術語形容為"sour(酸的)"。[3]

儘管天然氣是無色無味的,然而在送到最終用戶之前,還要用硫醇來給天然氣添加氣味,以助於泄漏檢測。天然氣不像一氧化碳那樣具有毒性,它本質上是對人體無害的。不過如果天然氣處於高濃度的狀態,並使空氣中的氧氣不足以維持生命的話,還是會致人死亡的,畢竟天然氣不能用於人類呼吸。作為燃料,天然氣也會因發生爆炸而造成傷亡。雖然天然氣比空氣輕而容易發散,但是當天然氣在房屋或帳篷等封閉環境裡聚集的情況下,達到一定的比例時,就會觸發威力巨大的爆炸。爆炸可能會夷平整座房屋,甚至殃及鄰近的建築。甲烷在空氣中的爆炸極限下限為5%,上限為15%。

理化性質

天然氣蘊藏在地下多孔隙岩層中,包括油田氣、氣田氣、煤層氣、泥火山氣和生物生成氣等,也有少量出於煤層。它是優質燃料和化工原料。

天然氣主要用途是作燃料,可製造炭黑化學藥品和液化石油氣,由天然氣生產的丙烷丁烷是現代工業的重要原料。天然氣主要由氣態低分子烴和非烴氣體混合組成。

主要由甲烷(85%)和少量乙烷(9%)、丙烷(3%)、(2%)和丁烷(1%)組成。主要用作燃料,也用於製造乙醛乙炔碳黑乙醇甲醛、烴類燃料、氫化油、甲醇、硝酸、合成氣和氯乙烯等化學物的原料。天然氣被壓縮成液體進行貯存和運輸。煤礦工人、硝酸製造者、發電廠工人、有機化學合成工、燃氣使用者、石油精煉工等有機會接觸本品。主要經呼吸道進入人體。屬單純窒息性氣體。濃度高時因置換空氣而引起缺氧,導致呼吸短促,知覺喪失;嚴重者可因血氧過低窒息死亡。高壓天然氣可致凍傷。不完全燃燒可產生一氧化碳

天然氣車輛發動機中要利用的壓縮天然氣的爆炸,由於氣體揮發的性質,在自發的條件下基本是不具備的,所以需要使用外力將天然氣濃度維持在5%到15%之間以觸發爆炸。

主要分類

石油地質學中,通常指油田氣和氣田氣。其組成以烴類為主,並含有非烴氣體。廣義的天然氣是指地殼中一切天然生成的氣體,包括油田氣、氣田氣、泥火山氣、煤層氣和生物生成氣等。按天然氣在地下存在的相態可分為游離態、溶解態、吸附態和固態水合物。只有游離態的天然氣經聚集形成天然氣藏,才可開發利用。天然氣主要用途是作燃料,可製造炭黑、化學藥品和液化石油氣,由天然氣生產的丙烷、丁烷是現代工業的重要原料。天然氣主要由氣態低分子烴和非烴氣體混合組成。

液化天然氣

天然氣在常壓下,冷卻至約 -162℃時,則由氣態變成液態,稱為液化天然氣(英文LiquefiedNaturalGas,簡稱LNG)。LNG的主要成分為甲烷,還有少量的乙烷丙烷以及等。天然氣在液化過程中進一步得到淨化,甲烷純度更高,幾乎不含二氧化碳和硫化物,且無色無味、無毒。[4]

液化天然氣與天然氣比較有以下優點:

①便於貯存和運輸;

液化天然氣密度是標準狀態下甲烷的625倍。也就是說,1m3液化天然氣可氣化成625 m3天然氣,由此可見貯存和運輸的方便性。

②安全性好;

天然氣的儲藏和運輸主要方式是壓縮(CNG)。由於壓縮天然氣的壓力高,帶來了很多安全隱患。

③間接投資少;

壓縮天然氣(CNG)體積能量密度約為汽油的26%,而液化天然氣(LNG)體積能量密度約為汽油的72%,是壓縮天然氣(CNG)的兩倍還多,因而使用LNG的汽車行程遠,相對可大大減少汽車加氣站的建設數量。

④調峰作用;

天然氣作為民用燃氣或發電廠的燃料,不可避免會有需要量的波動,這就要求供應上具有調峰作用。

⑤環保性;

天然氣在液化前必須經過嚴格的預淨化,因而LNG中的雜質含量遠遠低於CNG,為汽車尾氣或作為燃料使用時排放滿足更加嚴格的標準(如「歐Ⅱ」甚至「歐Ⅲ」)創造了條件。

壓縮天然氣

壓縮天然氣(Compressed Natural Gas,簡稱CNG)是天然氣加壓並以氣態儲存在容器中。壓縮天然氣除了可以用油田及天然氣田裡的天然氣外,還可以人工製造生物沼氣(主要成分是甲烷)。

壓縮天然氣與管道天然氣的組分相同,主要成分為甲烷(CH4)。CNG可作為車輛燃料使用。CNG可以用來製作LNG(Liquefied Natural Gas),這種以CNG為燃料的車輛叫做NGV(NaturalGasVehicle)。液化石油氣(Liquefied Petroleum Gas,簡稱LPG)經常容易與CNG混淆,其實它們有明顯區別。[5]

CNG壓縮天然氣的火災危險性:

1.燃燒爆炸性---可燃氣體處於爆炸濃度範圍內遇引火源能發生燃燒爆炸

2.擴散性---氣體擴散性受氣體本身密度的影響。密度比空氣越輕,擴散性越大。

3.膨脹性---壓縮氣體因受熱膨脹,使氣瓶承受壓力增大,可引起氣瓶破裂或爆炸。

液化石油氣

液化石油氣是石油產品之一。英文名稱liquefied petroleum gas,簡稱LPG。是由煉廠氣或天然氣(包括油田伴生氣)加壓、降溫、液化得到的一種無色、揮發性氣體。由煉廠氣所得的液化石油氣,主要成分為丙烷丙烯丁烷丁烯,同時含有少量戊烷、戊烯和微量硫化合物雜質。由天然氣所得的液化氣的成分基本不含烯烴。[6]

由於天然氣的產地往往不在工業或人口集中地區,因此必須解決運輸和儲存問題。天然氣的主要成分是甲烷,其臨界溫度為190.58K,在常溫下無法僅靠加壓將其液化。天然氣的液化、儲存技術已逐步成為一項重大的先進技術。

液化天然氣(LNG)在中國已經成為一門新興工業,正在迅猛發展。液化天然氣(LNG)技術除了用來解決運輸和儲存問題外,還廣泛地用於天然氣使用時的調峰裝置上。

液化煤層氣

中國是世界煤炭生產大國,煤層氣相應的儲藏量也很大,儲藏量和天然氣基本一樣。其基本成分是甲烷。它除了是廉價的化工原料外,主要作為燃料使用,它不僅作為居民的生活燃料,而且還被用作汽車、船舶、飛機等交通運輸工具的燃料。由於煤層氣熱值高,燃燒產物對環境污染少,被認為是優質潔淨燃料。[7]

將煤層氣液化後使用,主要有幾方面好處

① 經濟性:投資成本較低,回收快。

② 安全性:「先採氣,後採煤」的方式已成為發達國家能源利用的基本方式。「先採氣,後採煤」大大提高了採煤的安全性。

③ 政策性:此方式可節約能源,做到能源的徹底利用,符合國家的相關政策。有利於獲得政府的支持。

煤層氣液化設備和天然氣液化設備基本一樣,只是由於大多數煤層氣中氧、氮的含量比天然氣略高,需要增加一套精餾系統。

使用優點

天然氣是較為安全的燃氣之一,它不含一氧化碳,也比空氣輕,一旦泄漏,立即會向上擴散,不易積聚形成爆炸性氣體,安全性較高。採用天然氣作為能源,可減少和石油的用量,因而大大改善環境污染問題;天然氣作為一種清潔能源,能減少二氧化硫和粉塵排放量近100%,減少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%,並有助於減少酸雨形成,舒緩地球溫室效應,從根本上改善環境質量。但是,對於溫室效應,天然氣跟煤炭、石油一樣會產生二氧化碳。因此,不能把天然氣當做新能源。其優點有:

綠色環保 天然氣是一種潔淨環保的優質能源,幾乎不含硫、粉塵和其他有害物質,燃燒時產生二氧化碳少於其他化石燃料,造成溫室效應較低,因而能從根本上改善環境質量。

經濟實惠 天然氣與人工煤氣相比,同比熱值價格相當,並且天然氣清潔乾淨,能延長灶具的使用壽命,也有利於用戶減少維修費用的支出。天然氣是潔淨燃氣,供應穩定,能夠改善空氣質量,因而能為該地區經濟發展提供新的動力,帶動經濟繁榮及改善環境。

安全可靠 天然氣無毒、易散發,比重輕於空氣,不宜積聚成爆炸性氣體,是較為安全的燃氣。

改善生活 隨着家庭使用安全、可靠的天然氣,將會極大改善家居環境,提高生活質量。

天然氣耗氧情況計算:1立方米天然氣(純度按100%計算)完全燃燒約需2.0立方米氧氣,大約需要10立方米的空氣。

分布地域

天然氣蘊藏在地下多孔隙岩層中,主要成分為甲烷,比重約0.65,比空氣輕,具有無色、無味、無毒之特性。天然氣公司皆遵照政府規定添加臭劑(四氫噻吩),以資用戶嗅辨。天然氣在空氣中含量達到一定程度後會使人窒息。天然氣是存在於地下岩石儲集層中以烴為主體的混合氣體的統稱。包括油田氣、氣田氣、煤層氣、泥火山氣和生物生成氣等。它是優質燃料和化工原料。其中伴生氣通常是原油的揮發性部分,以氣的形式存在於含油層之上,凡有原油的地層中都有,只是油、氣量比例不同。即使在同一油田中的石油和天然氣來源也不一定相同。他們由不同的途徑和經不同的過程匯集於相同的岩石儲集層中。若為非伴生氣,則與液態集聚無關,可能產生於植物物質。世界天然氣產量中,主要是氣田氣和油田氣。對煤層氣的開採,現已日益受到重視。[8]

中國沉積岩分布面積廣,陸相盆地多,形成優越的多種天然氣儲藏的地質條件。根據1993年全國天然氣遠景資源量的預測,中國天然氣總資源量達38萬億m3,陸上天然氣主要分布在中部和西部地區,分別占陸上資源量的43.2%和39.0%。中國天然氣資源的層系分布以新生界第3系和古生界地層為主,在總資源量中,新生界占37.3%,中生界11.1%,上古生界25.5%,下古生界26.1%。天然氣資源的成因類型是,高成熟的裂解氣和煤層氣占主導地位,分別占總資源量的28.3%和20.6%,油田伴生氣占18.8%,煤層吸附氣占27.6%,生物氣占4.7%。

中國天然氣探明儲量集中在10個大型盆地,依次為:渤海灣四川松遼準噶爾、鶯歌海-瓊東南、柴達木、吐-哈、塔里木渤海鄂爾多斯。中國氣田以中小型為主,大多數氣田的地質構造比較複雜,勘探開發難度大。1991-1995年間,中國天然氣產量從160.73億m3增加到179.47億m3,平均年增長速度為2.33%。

中國天然氣資源量區域主要分布在中國的中西盆地。同時,中國還具有主要富集於華北地區非常規的煤層氣遠景資源。經過勘探,在中國960萬平方公里的土地和300多萬平方公里的管轄海域下,蘊藏着十分豐富的天然氣資源。專家預測,資源總量可達40-60多萬億立方米,是一個天然氣資源大國。勘探領域廣闊,潛力巨大,前景十分美好。隨着科技的發展,在未來的世界裡人類肯定會找到比天然氣更為理想的能源。但不管將來誰取代天然氣,天然氣將起到向新能源邁進的不可替代的重要的橋樑作用。

衍生產品

天然氣是一種重要的能源,廣泛用作城市煤氣和工業燃料;但通常所稱的天然氣只指貯存於地層較深部的一種富含碳氫化合物的可燃氣體,而與石油共生的天然氣常稱為油田伴生氣。

天然氣燃料是各種替代燃料中最早廣泛使用的一種,它分為壓縮天然氣(CNG)和液化天然氣(LNG)兩種。工業用天燃氣可用外混式燒嘴進行燃燒。

液化氣體

液化天然氣(LNG)在中國已經成為一門新興工業,正在迅猛發展。液化天然氣(LNG)技術除了用來解決運輸和儲存問題外,還廣泛地用於天然氣使用時的調峰裝置上。由於天然氣的產地往往不在工業或人口集中地區,因此必須解決運輸和儲存問題。天然氣的主要成分是甲烷,其臨界溫度為190.58K,在常溫下無法僅靠加壓將其液化。天然氣的液化、儲存技術已逐步成為一項重大的先進技術。

液化石油氣

液化石油氣是石油產品之一。英文名稱liquefied petroleum gas,簡稱LPG。是由煉廠氣或天然氣(包括油田伴生氣)加壓、降溫、液化得到的一種無色、揮發性氣體。

液化石油氣(簡稱液化氣)是石油在提煉汽油、煤油、柴油、重油等油品過程中剩下的一種石油尾氣,通過一定程序,對石油尾氣加以回收利用,採取加壓的措施,使其變成液體,裝在受壓容器內,液化氣的名稱即由此而來。它的主要成分有乙烯乙烷、丙烯丙烷丁烷等,同時含有少量戊烷戊烯和微量硫化合物雜質。由天然氣所得的液化氣的成分基本不含烯烴。在氣瓶內呈液態狀,一旦流出會汽化成比原體積大約二百五十倍的可燃氣體,並極易擴散,遇到明火就會燃燒或爆炸。因此,使用液化氣也要特別注意。

液化煤層氣

中國是世界煤炭生產大國,煤層氣相應的儲藏量也很大,儲藏量和天然氣基本一樣。其基本成分是甲烷。它除了是廉價的化工原料外,主要作為燃料使用,它不僅作為居民的生活燃料,而且還被用作汽車、船舶、飛機等交通運輸工具的燃料。由於煤層氣熱值高,燃燒產物對環境污染少,被認為是優質潔淨燃料。將煤層氣液化後使用,主要有幾方面好處:

① 經濟性:投資成本較低,回收快。

② 安全性:「先採氣,後採煤」的方式已成為發達國家能源利用的基本方式。「先採氣,後採煤」大大提高了採煤的安全性。

③ 政策性:此方式可節約能源,做到能源的徹底利用,符合國家的相關政策。有利於獲得政府的支持。煤層氣液化設備和天然氣液化設備基本一樣,只是由於大多數煤層氣中的含量比天然氣略高,需要增加一套精餾系統。

人工煤氣

煤氣是用煤或焦炭等固體原料,經乾餾或汽化製得的,其主要成分有一氧化碳甲烷等。因此,煤氣有毒,易於空氣形成爆炸性混合物,使用時應引起高度注意。

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