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天然气

近20多年来,世界天然气需求持续稳定增长,平均增长率保持在2%,预计2020年在世界能源组成中的比重将会增加到29%左右。目前的中国的天然气产业也有了很大发展,特别是2000-2010年的10年间,我国天然气消费量年均增长16%,2010年突破千亿立方米至1070亿立方米,比2000年增长4.4倍;2011年,我国天然气消费量达到1313亿立方米,同比增长22.7%。但从全世界看,中国天然气产业整体水平还很低,天然气在能源结构中所占的比例很低,不到世界平均水平的十分之一。随着中国国民经济的持续发展,工业化程度的不断提高,对清洁能源的需求不断增大,使天然气具有很大的发展空间,中国天然气产业具有良好的发展前景。

目前世界能源消费结构不断地向低碳化演变,天然气因低碳清洁而在世界各国都得到了高度的重视和发展,其已成为向新能源过渡的桥梁和低碳经济的重要支柱。整个天然气产业链条也逐步完善起来,为其推广应用打下了基础。而目前中国天然气产业的发展与国民经济及社会发展很不适应。为此,国家从能源结构调整、加强环保和可持续发展等基本国策出发,在我国“十二五”期间,预计天然气在我国能源消费结构中的比重将翻一番,由目前的4%提高到8%以上,期间天然气消费量将以每年25%的增长速度递增,天然气的开发利用政策将为天然气产业的发展创造良好环境。

一、天然气的概念

天然气是由烃类和非烃类组成的复杂混合物。天然气中的烃类以甲烷为主,还有乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、以及少量的已烷以上的烷烃,有时还含有极少量的环烷烃及芳香烃。天然气中的非烃类气体,一般为少量的氮气、氧气、氢气、二氧化碳、水蒸气、硫化氢,以及微量的惰性气体如氦、氩、氙等。天然气中的水蒸气一般呈饱和状态。天然气的组成并非固定不变,不仅不同地区油、气藏中采出的天然气组成判别很大,甚至同一油、气藏的不同生产井采出的天然气组成也会有很大的区别。根据化学组成的不同分为干性天然气和湿性天然气。干性天然气就是含甲烷90%以上的天然气,而湿性天然气除主要含甲烷外,还有较多的乙烷、丙烷、丁烷等气体。

二、煤气和天然气是否相同?

煤气和天然气不相同。煤气从字面意思上讲是与煤有关的气体,但是在不同的使用环境下,煤气具有不同的解释。

在石油化学工程中,“煤气”指干馏煤炭所得到的作为燃料的气体,其主要成分是氢、甲烷、乙烯、一氧化碳、石脑油,另外还有少量的氮和二氧化碳等不可燃烧的杂质,现在多称为“煤制气”。

在俗语中所说的“煤气”指的是煤炭不完全燃烧所产生的气体,主要成分是一氧化碳,能导致人煤气中毒,也有的时候指的是含硫量过高的煤燃烧后产生的含有二氧化硫等硫化物的混合气体,如口语中的“煤气味”,而实际上一氧化碳是没有气味的。

有时也指液化石油气,如民用煤气罐所装燃料。液化石油气(Liquefied Petroleum Gas,简称LPG)是丙烷和丁烷的混合物,通常伴有少量的丙烯和丁烯,是在提炼原油时生产出来的,或从石油或天然气开采过程挥发出的气体。石油气在室温和6个大气压的条件下液化,因此可以装入压力钢瓶。通常液化石油气只充满容量的85%,这样可以给钢瓶受热时的气体膨胀留出空间。

三、天然气是怎么形成的?

当有机物质经过厌氧腐烂,会产生富含甲烷的气体,这种气体就被称作生物气体。生物气的来源地包括森林和草地间的沼泽、垃圾填埋场、下水道中的淤泥、粪肥,由细菌的厌氧分解而产生。生物气还包括胃肠涨气,胃肠气最通常来自于牛羊等家畜。

能够成为大规模生产的天然气藏,从原始物质到生成环境多种多样,各种类型的有机质都可形成天然气——腐泥型有机质则既生油又生气,腐植形有机质主要生成气态烃。

四、天然气是怎么开采出来的?

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。对于只有单相气存在的,我们称之为气藏,其开采方法既与原油的开采方法十分相似,又有其特殊的地方。天然气藏也要通过勘探、钻井、测井、试井和开采才能面世。天然气也要通过打井并通过井筒完成开采。天然气从地下产层到地面并输送到用户,需要经过地层内流动、井筒内流动和地面集输管道中流动三个过程。

对于开采产气层中无边底水和层间水的无水气藏来讲,因为天然气粘度小,在地层和管道中的流动阻力也小,而膨胀系数大,其弹性能量也大,因此这种气藏开采时一般采用自喷方式。

有水气藏,也就是除少数气井投产时就产地层水外,多数气井是在气藏开发的中后期,由于气水界面上升,或采气压差过大引起底水锥进后才产地层水。对这种气藏要用排水采气法。

采出的天然气要经净化分离才能加工成我们车用的CNG和LNG。净化分离包括从地下采出的天然气,在气井现场经脱水、脱砂与分离凝析油后,根据气体组成情况进行进一步的净化分离加工。富含硫化物的天然气,必须经过脱硫处理,以达到输送要求,才可经过压缩成为压缩天然气(CNG),或经过深冷分离得到液化天然气(LNG)。

五、我国天然气的来源

1.国内天然气来源

用来制备LNG的天然气资源有如下几个:

(1)纯天然气。气藏中通过采气井开采出来的天然气称为气井气。这种气体属于干性气体,主要成分是甲烷。是我国天然气的主要来源。

(2)油田伴生气。系指在油藏中与原油呈平衡接触的气体,包括游离气和溶解在原油中的溶解气两种。油田气是与石油伴生的,是天然气的一种,从化学组成来说属于湿性天然气。开采时与原油一起打出,气油比(m3/t)一般在20~500范围内。这种气体中含有60%~90%的甲烷,10%~40%的乙烷、丙烷、丁烷和高碳烷烃。

(3)凝析气田气。是含有容易液化的丙烷和丁烷成分的富天然气。这种气体通常含有甲烷85%~90%,碳三到碳五约2%~5%。可采用压缩法、吸附法或低温分离法,将后者分离出去制液化石油气。

(4)煤成气 。又称煤型气(coal-type gas)、煤系气(coal series gas)。是煤岩系中腐殖型有机质在煤化作用过程中生成的烃类气体(主要为甲烷),为天然气的重要组成部分。我国非常规天然气资源相当丰富,尤其是煤层气资源量估计可达30x1012m3左右,可采储量约10x1012m3,居世界第3位。中石油、中石化和中联公司都加大了煤层气勘探开发力度,预计“十二五”期间我国煤层气产量年增长速度将达到50%左右。到2015年煤层气将成为我国天然气的主要补充气源,全国地面煤层气产量将超过100亿立方米、有望达到115.84亿立方米。

(5)页岩气。页岩气是从页岩层中开采出的天然气,是一种重要的非常规天然气资源。其往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。据国内资料表明,探明页岩气地质储量6000亿立方米,可采储量2000亿立方米。2015 年页岩气产量65亿立方米。据美国能源情报署估计,我国页岩气可采储量1275万亿立方米,够中国使用300多年。但是我国页岩气藏多处于2000~3500米深,开采难度大。最近我国制定了《页岩气发展规划》,使页岩气的开采进程加快。

(6)天然气水合物。天然气水合物资源是世界能源开发的下一个主要目标。海底的天然气水化物资源丰富,其开发利用技术已成为一个国际能源领域的热点。我国南海北坡的神狐海域是可燃冰富集区,预测储量约194亿立方米。

(7)煤制天然气。是指煤经过气化产生合成气,再经过甲烷化处理,生产代用天然气。一般用褐煤等低品质煤种甲烷。我国资源特点富煤、缺油、少气,用低品质煤变为高品质天然气是用优势资源对紧缺资源的弥补方式。目前内蒙古大唐国际克什克腾旗煤制天然气项目一期生产能力达到40亿立方米。

2.进口资源

据海关统计,2011年我国进口液化石油气及其他烃类气(以下简称“液化气”)1572万吨,比上年(下同)增加24.6%;价值88亿美元,增长63.7%;进口平均价格为每吨559.7美元,上涨31.4%。

美国页岩气产量大幅增加,大部分LNG 市场被页岩气所取代,卡塔尔为美国市场新建的3000 万吨/年LNG产能被迫转向欧洲和亚太地区。俄罗斯不再与其第二大进口国土耳其续签天然气供应合同,这些富裕量必将对中国LNG 进、出口产生深远影响,也将缓解LNG 价格增长压力。

综上所述,我国的天然气来源多样,自产和进口共同供应市场,基本可以满足社会对天然气的消费。天然气业务的发展有了比较坚实的资源基础。

六、天然气具备的特性

天然气标准状态下密度0.717 kg/m3,比重约0.65,比空气轻,具有无色、无味、无毒之特性。在标准大气压下熔点为-182.5 ℃ ,沸点约 -162℃,燃点-188 ℃,自燃温度482~632 ℃,最高燃烧温度可达 2148 ℃。

七、天然气的用途

1.天然气发电。具有缓解能源紧缺、降低燃煤发电比例,减少环境污染的有效途径,且从经济效益看,天然气发电的单位装机容量所需投资少,建设工期短,上网电价较低,具有较强的竞争力。

2.天然气化工工业。天然气是制造氮肥的最佳原料,具有投资少、成本低、污染少等特点。在世界范围内天然气占氮肥生产原料的比重的80%左右。当然天然气也可以生产乙炔、甲醇、醋酸乙烯、聚乙烯醇、甲醛等很多化工原料,还可以生产合成纤维,用途非常广泛。

3.城市燃气事业,特别是居民生活用燃料。随着人民生活水平的提高及环保意识的增强,大部分城市对天然气的需求明显增加。天然气作为民用燃料的经济效益也大于工业燃料。

4.天然气汽车。以天然气代替汽车用油,具有价格低、污染少、安全等优点。