天然氣（天然氣）

天然氣（天然氣）

天然氣（Natural Gas）是一種天然存在的碳氫化合物混合物，主要成分為甲烷（CH₄），通常伴隨其他烷烴氣體如乙烷、丙烷和丁烷，以及少量非烴類氣體如二氧化碳、氮氣、硫化氫等。天然氣是重要的化石能源之一，廣泛用於工業生產、發電、民用燃料和化工原料等領域。

天然氣的形成與石油類似，主要來源於古代有機物的生物化學和熱降解作用：

1. 生物成因氣：由微生物在低溫條件下分解有機質產生

2. 熱成因氣：有機質在深層高溫高壓環境下經熱裂解形成

3. 無機成因氣：地幔來源或岩石化學反應生成的氣體

天然氣通常儲存在多孔岩層中，上方有不滲透岩層覆蓋形成圈閉構造。

典型天然氣的化學組成（體積百分比）：

• 甲烷（CH₄）：70-90%

• 乙烷（C₂H₆）：0-20%

• 丙烷（C₃H₈）和丁烷（C₄H₁₀）：少量

• 二氧化碳（CO₂）：0-8%

• 氮氣（N₂）：0-5%

• 硫化氫（H₂S）：微量至大量（酸性氣體）

• 氦氣（He）、氬氣（Ar）等稀有氣體：微量

• 狀態：常溫常壓下為氣態

• 密度：比空氣輕（相對密度約0.55-0.85）

• 顏色：純淨時無色

• 氣味：無味，但商用天然氣添加硫醇類物質作為警示劑

• 燃燒特性：易燃易爆，燃燒產物主要為二氧化碳和水

• 熱值：高位熱值約36-42 MJ/m³（因成分而異）

按來源分類

1. 常規天然氣：儲存在傳統孔隙性儲層中

2. 非常規天然氣：

   • 頁岩氣（Shale Gas）

   • 緻密氣（Tight Gas）

   • 煤層氣（Coalbed Methane）

   • 天然氣水合物（Gas Hydrates）

按組成分類

1. 乾氣：甲烷含量高，較少凝析液

2. 濕氣：含有較多C₂+重烴，可提取液化石油氣

3. 酸性氣體：含顯著量H₂S和CO₂

4. 伴生氣：與原油共生

天然氣開採主要流程：

1. 勘探：地質調查、地震勘探、鑽探評估

2. 鑽井：垂直井、水平井或多分支井

3. 完井：安裝生產套管和井口設備

4. 生產：自噴或人工舉升（氣舉、抽汲等）

5. 處理：脫水、脫硫、分離重烴等

非常規天然氣（如頁岩氣）需採用水力壓裂技術提高產量。

運輸方式

1. 管道輸送：長距離高壓輸氣管網

2. 液化天然氣（LNG）：冷卻至-162℃液化後船運

3. 壓縮天然氣（CNG）：高壓壓縮後車載運輸

儲存技術

• 地下儲氣庫（枯竭氣田、鹽穴、含水層）

• LNG儲罐

• 管道儲氣

• 中小型CNG儲罐

能源用途

1. 發電：燃氣輪機聯合循環電廠

2. 工業燃料：玻璃、陶瓷、冶金等行業

3. 民用燃料：烹飪、供暖、熱水

4. 交通燃料：CNG/LNG汽車

化工原料

1. 合成氨：哈伯法製氨（化肥原料）

2. 甲醇生產：天然氣重整製甲醇

3. 乙炔化工：甲烷部分氧化製乙炔

4. 氫氣生產：蒸汽重整製氫

5. 其他：合成油（GTL）、甲醛、氯甲烷等

據BP統計（2021年數據）：

• 探明儲量：約188萬億立方米

• 主要產區：

  • 中東（伊朗、卡達等）

  • 俄羅斯及中亞

  • 北美（美國、加拿大）

  • 中國（四川、鄂爾多斯等盆地）

• 主要消費國：美國、俄羅斯、中國、伊朗、日本

優勢

• 燃燒效率高於煤炭和石油

• 單位能量CO₂排放量較低（約為煤炭的50%）

• 幾乎不排放SO₂和顆粒物

挑戰

• 甲烷（強效溫室氣體）洩漏問題

• 開採過程可能影響地下水

• 水力壓裂引發的地震風險

• 燃燒仍產生CO₂（需碳捕集技術）

• 定價機制：區域差異大（油價掛鉤、氣對氣競爭等）

• 主要貿易方式：

  • 管道氣長期合約（如俄氣輸歐）

  • LNG現貨貿易

  • 區域性交易中心（亨利港、NBP等）

• 市場趨勢：全球化程度提高，亞洲需求增長強勁

主要風險

1. 爆炸危險：空氣中濃度5-15%可形成爆炸性混合物

2. 窒息風險：高濃度甲烷會降低氧氣含量

3. 毒性：含硫天然氣中H₂S有劇毒

安全措施

• 添加臭味劑（如四氫噻吩）便於洩漏檢測

• 安裝氣體報警器

• 定期檢查管道和設備

• 嚴格遵守操作規程

1. 技術趨勢：

   • 非常規氣開採技術改進

   • 浮式LNG（FLNG）技術

   • 甲烷水合物開採研究

2. 能源轉型角色：

   • 過渡期低碳能源

   • 可再生能源的調峰電源

   • 氫經濟的潛在橋樑

3. 可持續發展：

   • 生物甲烷（可再生天然氣）開發

   • 碳捕集與封存（CCS）技術應用

   • 甲烷排放監測與控制

天然氣作為相對清潔的化石燃料，在全球能源結構轉型中扮演重要角色，但其長期發展仍需平衡能源需求與氣候目標。