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、和巖石圈中各種自然過程形成的氣體（包括油田氣、氣田氣、泥火山氣、煤層氣和生物生成氣等）。

而人們長期以來通用的“天然氣”的定義，是從能量角度出發(fā)的狹義定義，是指天然蘊藏于地層中的烴類和非烴類氣體的混合物。在石油地質(zhì)學(xué)中，通常指油田氣和氣田氣。其組成以烴類為主，并含有非烴氣體。

2020年5月6日，中國石油西南油氣田公司對外披露，該公司發(fā)現(xiàn)了一條富含天然氣的新區(qū)帶，預(yù)計潛在資源量超萬億立方米。

2023年2月28日，國家統(tǒng)計局發(fā)布《中華人民共和國2022年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，初步核算，天然氣消費量下降1.2%，天然氣、水電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電等清潔能源消費量占能源消費總量的25.9%，上升0.4個百分點。

2023年，天然氣產(chǎn)量2297.1億立方米，同比增長5.8%，連續(xù)7年年增100億方以上。

2024年，天然氣產(chǎn)量2324.3億立方米，同比增長5.6%，消費量增長7.2%。

來源

天然氣蘊藏在地下多孔隙巖層中，包括油田氣、氣田氣、煤層氣、泥火山氣和生物生成氣等，也有少量出于煤層。它是優(yōu)質(zhì)燃料和化工原料。

天然氣主要用途是作燃料，可制造炭黑、化學(xué)藥品和液化石油氣，由天然氣生產(chǎn)的丙烷、丁烷是現(xiàn)代工業(yè)的重要原料。天然氣主要由氣態(tài)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%）、氮（2%）和丁烷（1%）組成。主要用作燃料，也用于制造乙醛、乙炔、氨、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(xué)物的原料。天然氣被壓縮成液體進(jìn)行貯存和運輸。煤礦工人、硝酸制造者、發(fā)電廠工人、有機化學(xué)合成工、燃?xì)馐褂谜?、石油精煉工等有機會接觸本品。主要經(jīng)呼吸道進(jìn)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(dǎo)致呼吸短促，知覺喪失；嚴(yán)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(chǎn)生一氧化碳。

理化性質(zhì)

天然氣是存在于地下巖石儲集層中以烴為主體的混合氣體的統(tǒng)稱，比重約0.65，比空氣輕，具有無色、無味、無毒之特性。

天然氣主要成分烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般有硫化氫、二氧化碳、氮和水汽和少量一氧化碳及微量的稀有氣體，如氦和氬等。天然氣在送到最終用戶之前，為助于泄漏檢測，還要用硫醇、四氫噻吩等來給天然氣添加氣味。

天然氣不溶于水，密度為0.7174kg/m3，相對密度（水）為0.45（液化）燃點（℃）為650，爆炸極限（V%）為5-15。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，甲烷至丁烷以氣體狀態(tài)存在，戊烷以上為液體。甲烷是最短和最輕的烴分子。

有機硫化物和硫化氫（H2S）是常見的雜質(zhì)，在大多數(shù)利用天然氣的情況下都必須預(yù)先除去。含硫雜質(zhì)多的天然氣用英文的專業(yè)術(shù)語形容為“sour（酸的）”。

天然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(tài)液化氣的比重為0.55。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(dāng)于20立方天然氣的燃燒熱值。

甲烷燃燒方程式

完全燃燒：CH4 2O2=CO2 2H2O（反應(yīng)條件為點燃）

甲烷 氧氣→二氧化碳 水蒸汽

不完全燃燒：2CH4 3O2=2CO 4H2O

甲烷 氧氣→一氧化碳 水蒸汽

計量單位

千瓦時（kw·h)或焦耳（J）

加氣站銷售單位：CNG元/立方米（元/m3）、LNG元/公斤

組成分類

1、天然氣按在地下存在的相態(tài)可分為游離態(tài)、溶解態(tài)、吸附態(tài)和固態(tài)水合物。只有游離態(tài)的天然氣經(jīng)聚集形成天然氣藏，才可開發(fā)利用。

2、天然氣按照存生成形式又可分為伴生氣和非伴生氣兩種。

伴生氣：伴隨原油共生，與原油同時被采出的油田氣。其中伴生氣通常是原油的揮發(fā)性部分，以氣的形式存在于含油層之上，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(jīng)不同的過程匯集于相同的巖石儲集層中。

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(tài)存在。凝析氣田天然氣從地層流出井口后，隨著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。若為非伴生氣，則與液態(tài)集聚無關(guān)，可能產(chǎn)生于植物物質(zhì)。世界天然氣產(chǎn)量中，主要是氣田氣和油田氣。對煤層氣的開采，現(xiàn)已日益受到重視。

3、依天然氣蘊藏狀態(tài)，又分為構(gòu)造性天然氣、水溶性天然氣、煤礦天然氣等三種。而構(gòu)造性天然氣又可分為伴隨原油出產(chǎn)的濕性天然氣、不含液體成分的干性天然氣。

4、天然氣按成因可分為生物成因氣、油型氣和煤型氣。無機成因氣尤其是非烴氣受到高度重視。

5、按天然氣在地下的產(chǎn)狀又可以分為油田氣、氣田氣、凝析氣、水溶氣、煤層氣、及固態(tài)氣體水合物等。

基本特點

天然氣是較為安全的燃?xì)庵?，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，安全性較其他燃體而言相對較高。

采用天然氣作為能源，可減少煤和石油的用量，因而大大改善環(huán)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%，并有助于減少酸雨形成，減緩地球溫室效應(yīng)，從根本上改善環(huán)境質(zhì)量。

天然氣作為汽車燃料，具有單位熱值高、排氣污染小、供應(yīng)可靠、價格低等優(yōu)點，已成為世界車用清潔燃料的發(fā)展方向，而天然氣汽車則已成為發(fā)展最快、使用量最多的新能源汽車。

但是，對于溫室效應(yīng)，天然氣跟煤炭、石油一樣會產(chǎn)生二氧化碳。因此，不能把天然氣當(dāng)做新能源。其優(yōu)點有：

綠色環(huán)保

天然氣是一種潔凈環(huán)保的優(yōu)質(zhì)能源，幾乎不含硫、粉塵和其他有害物質(zhì)，燃燒時產(chǎn)生二氧化碳少于其他化石燃料，造成溫室效應(yīng)較低，因而能從根本上改善環(huán)境質(zhì)量。

經(jīng)濟(jì)實惠

天然氣與人工煤氣相比，同比熱值價格相當(dāng)，并且天然氣清潔干凈，能延長灶具的使用壽命，也有利于用戶減少維修費用的支出。天然氣是潔凈燃?xì)猓?yīng)穩(wěn)定，能夠改善空氣質(zhì)量，因而能為該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供新的動力，帶動經(jīng)濟(jì)繁榮及改善環(huán)境。

安全可靠

天然氣無毒、易散發(fā)，比重輕于空氣，不易積聚成爆炸性氣體，是較為安全的燃?xì)狻?/p>

改善生活

隨著家庭使用安全、可靠的天然氣，將會極大改善家居環(huán)境，提高生活質(zhì)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。

形成原因

天然氣的成因是多種多樣的，天然氣的形成則貫穿于成巖、深成、后成直至變質(zhì)作用的始終，各種類型的有機質(zhì)都可形成天然氣，腐泥型有機質(zhì)則既生油又生氣，腐植形有機質(zhì)主要生成氣態(tài)烴。

生物成因

成巖作用（階段）早期，在淺層生物化學(xué)作用帶內(nèi)，沉積有機質(zhì)經(jīng)微生物的群體發(fā)酵和合成作用形成的天然氣稱為生物成因氣。其中有時混有早期低溫降解形成的氣體。生物成因氣出現(xiàn)在埋藏淺、時代新和演化程度低的巖層中，以含甲烷氣為主。生物成因氣形成的前提條件是更加豐富的有機質(zhì)和強還原環(huán)境。

最有利于生氣的有機母質(zhì)是草本腐植型—腐泥腐植型，這些有機質(zhì)多分布于陸源物質(zhì)供應(yīng)豐富的三角洲和沼澤湖濱帶，通常含陸源有機質(zhì)的砂泥巖系列最有利。硫酸巖層中難以形成大量生物成因氣的原因，是因為硫酸對產(chǎn)甲烷菌有明顯的抵制作用，H2優(yōu)先還原硫酸根為硫離子形成金屬硫化物或硫化氫等，因此二氧化碳不能被氫氣還為甲烷。

甲烷菌的生長需要合適的地化環(huán)境，首先是足夠強的還原條件，一般Eh<-300mV為宜（即地層水中的氧和SO42-依次全部被還原以后，才會大量繁殖）；其次對pH值要求以靠近中性為宜，一般6.0～8.0，最佳值7.2～7.6；再者，甲烷菌生長溫度0～75℃，最佳值37～42℃。沒有這些外部條件，甲烷菌就不能大量繁殖，也就不能形成大量甲烷氣。

有機成因

油型氣

沉積有機質(zhì)特別是腐泥型有機質(zhì)在熱降解成油過程中，與石油一起形成的天然氣，或者是在后成作用階段由有機質(zhì)和早期形成的液態(tài)石油熱裂解形成的天然氣稱為油型氣，包括濕氣（石油伴生氣）、凝析氣和裂解氣。

與石油經(jīng)有機質(zhì)熱解逐步形成一樣，天然氣的形成也具明顯的垂直分帶性。在剖面最上部（成巖階段）是生物成因氣，在深成階段后期是低分子量氣態(tài)烴（C2～C4）即濕氣，以及由于高溫高壓使輕質(zhì)液態(tài)烴逆蒸發(fā)形成的凝析氣。在剖面下部，由于溫度上升，生成的石油裂解為小分子的輕烴直至甲烷，有機質(zhì)亦進(jìn)一步生成氣體，以甲烷為主石油裂解氣是生氣序列的最后產(chǎn)物，通常將這一階段稱為干氣帶。

由石油伴生氣→凝析氣→干氣，甲烷含量逐漸增多，故干燥系數(shù)升高。

煤型氣

煤系有機質(zhì)（包括煤層和煤系地層中的分散有機質(zhì)）熱演化生成的天然氣稱為煤型氣。

煤田開采中，經(jīng)常出現(xiàn)大量瓦斯涌出的現(xiàn)象，如重慶合川區(qū)一口井的瓦斯突出，排出瓦斯量竟高達(dá)140萬立方米，這說明，煤系地層確實能生成天然氣。

煤型氣是一種多成分的混合氣體，其中烴類氣體以甲烷為主，重?zé)N氣含量少，一般為干氣，但也可能有濕氣，甚至凝析氣。有時可含較多Hg蒸汽和N2等。

煤型氣也可形成特大氣田，1960S以來在西西伯利亞北部K2、荷蘭東部盆地和北海盆地南部P等地層發(fā)現(xiàn)了特大的煤型氣田，這三個氣區(qū)探明儲量22萬億立方米，占世界探明天然氣總儲量的1/3。據(jù)統(tǒng)計（M.T.哈爾布蒂，1970），在世界已發(fā)現(xiàn)的26個大氣田中，有16個屬煤型氣田，數(shù)量占60%，儲量占72.2%，由此可見，煤型氣在世界可燃天然氣資源構(gòu)成中占有重要地位。

成煤作用與煤型氣的形成：成煤作用可分為泥炭化和煤化作用兩個階段。前一階段，堆積在沼澤、湖泊或淺海環(huán)境下的植物遺體和碎片，經(jīng)生化作用形成煤的前身——泥炭；隨著盆地沉降，埋藏加深和溫度壓力增高，由泥炭化階段進(jìn)入煤化作用階段，在煤化作用中泥炭經(jīng)過微生物酶解、壓實、脫水等作用變?yōu)楹置?；?dāng)埋藏逐步加深，已形成的褐煤在溫度、壓力和時間等因素作用下，按長焰煤→氣煤→肥煤→焦煤→瘦煤→貧煤→無煙煤的序列轉(zhuǎn)化。

實測表明，煤的揮發(fā)分隨煤化作用增強明顯降低，由褐煤→煙煤→無煙煤，揮發(fā)分大約由50%降到5%。這些揮發(fā)分主要以CH4、CO2、H2O、N2、NH3等氣態(tài)產(chǎn)物的形式逸出，是形成煤型氣的基礎(chǔ)，煤化作用中析出的主要揮發(fā)性產(chǎn)物。

1．煤化作用中揮發(fā)性產(chǎn)物總量端口；

2．CO2

3．H2O

4．CH4

5．NH3

6．H2S

從形成煤型氣的角度出發(fā)，應(yīng)該注意在煤化作用過程中成煤物質(zhì)的四次較為明顯變化（煤巖學(xué)上稱之為煤化躍變）：

第一次躍變發(fā)生于長焰煤開始階段，碳含量Cr=75-80%，揮發(fā)分Vr=43%，Ro=0.6%；

第二次躍變發(fā)生于肥煤階段，Cr=87%，Vr=29%，Ro=1.3%；

第三次躍變發(fā)生煙煤→無煙煤階段，Cr=91%，Vr=8%，Ro=2.5%；

第四次躍變發(fā)生于無煙煤→變質(zhì)無煙煤階段，Cr=93.5%，Vr=4%，Ro=3.7%，芳香族稠環(huán)縮合程度大大提高。

在這四次躍變中，導(dǎo)致煤質(zhì)變化最為明顯的是第一、二次躍變。煤化躍變不僅表現(xiàn)為煤的質(zhì)變，而且每次躍變都相應(yīng)地為一次成氣（甲烷）高峰。

煤型氣的形成及產(chǎn)率不僅與煤階有關(guān)，而且還與煤的煤巖組成有關(guān)，腐殖煤在顯微鏡下可分為鏡質(zhì)組、類脂組和惰性組三種顯微組分，中國大多數(shù)煤田的腐殖煤中，各組分的含量以鏡質(zhì)組最高，約占50%～80%，惰性組占10%～20%（高者達(dá)30%～50%），類脂組含量最低，一般不超過5%。

在成煤作用中，各顯微組分對成氣的貢獻(xiàn)是不同的。長慶油田與中國科院地化所（1984）在成功地分離提純煤的有機顯微組分基礎(chǔ)上，開展了低階煤有機顯微組分熱演化模擬實驗，并探討了不同顯微組分的成烴貢和成烴機理。發(fā)現(xiàn)三種顯微組分的最終成烴效率比約為類脂組：鏡質(zhì)組：惰性組=3:1:0.71，產(chǎn)氣能力比約為3.3:1:0.8，說明惰性組也具一定生氣能力。

無機成因

地球上的所有元素都無一例外地經(jīng)歷了類似太陽上的核聚變的過程，當(dāng)碳元素由一些較輕的元素核聚變形成后的一定時期里，它與原始大氣里的氫元素反應(yīng)生成甲烷。

地球深部巖漿活動、變質(zhì)巖和宇宙空間分布的可燃?xì)怏w，以及巖石無機鹽類分解產(chǎn)生的氣體，都屬于無機成因氣或非生物成因氣。它屬于干氣，以甲烷為主，有時含CO2、N2、He及H2S、Hg蒸汽等，甚至以它們的某一種為主，形成具有工業(yè)意義的非烴氣藏。

稀有氣體He、Ar等，由于其特殊的地球化學(xué)行為，科學(xué)家們常把它們作為地球化學(xué)過程的示蹤劑。He、Ar的同位素比值3He/4He、40Ar/36Ar是查明天然氣成因的極重要手段，因沿大氣→殼源→殼、幔源混合→幔源，二者不斷增大，前者由1.39×10-6→>10-5，后者則由295.6→>2000。此外，根據(jù)圍巖與氣藏中Ar同位素放射性成因，還可計算出氣體的形成年齡。

甲烷

無機合成：CO2 H2→CH4 H2O條件：高溫（250℃）、鐵族元素

地球原始大氣中甲烷：吸收于地幔，沿深斷裂、火山活動等排出

板塊俯沖帶甲烷：大洋板塊俯沖高溫高壓下脫水，分解產(chǎn)生的H、C、CO/CO2→CH4

二氧化碳

天然氣中高含CO2與高含烴類氣一樣，同樣具有重要的經(jīng)濟(jì)意義，對于CO2氣藏來說，有經(jīng)濟(jì)價值者是CO2含量>80%（體積濃度）的天然氣，可廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、氣象、醫(yī)療、飲食業(yè)和環(huán)保等領(lǐng)域。中國廣東省三水盆地沙頭圩水深9井天然氣中CO2含量高達(dá)99.55%，日產(chǎn)氣量500萬方，成為有很高經(jīng)濟(jì)價值的氣藏。

世界上已發(fā)現(xiàn)的CO2氣田藏主要分布在中—新生代火山區(qū)、斷裂活動區(qū)、油氣富集區(qū)和煤田區(qū)。從成因上看，共有以下幾種：

無機成因：

①上地幔巖漿中富含CO2氣體當(dāng)巖漿沿地殼薄弱帶上升、壓力減小，其中CO2逸出。

②碳酸鹽巖受高溫烘烤或深成變質(zhì)可成大量CO2，當(dāng)有地下水參與或含有Al、Mg、Fe雜質(zhì)，98～200℃也能生成相當(dāng)量CO2，這種成因CO2特征：CO2含量>35%，δ13CCO2>-8‰。

③碳酸鹽礦物與其它礦物相互作用也可生成CO2，如白云石與高嶺石作用即可。

另外，有機成因有：生化作用、熱化學(xué)作用、油田遭氧化煤氧化作用

氮氣

N2是大氣中的主要成分，據(jù)研究，分子氮的最大濃度和逸度出現(xiàn)在古地臺邊緣的含氮地層中，特別是蒸發(fā)鹽巖層分布區(qū)的邊界內(nèi)。氮是由水層遷移到氣藏中的，由硝酸鹽還原而來，其先體是NH4 。

N2含量大于15%者為富氮氣藏，天然氣中N2的成因類型主要有：

①有機質(zhì)分解產(chǎn)生的N2：100-130℃達(dá)高峰，生成的N2量占總生氣量的2.0%，含量較低；（有機）

②地殼巖石熱解脫氣：如輝綠巖熱解析出氣量，N2可高達(dá)52%，此類N2可富集；

③地下鹵水（硝酸鹽）脫氮作用：硝酸鹽經(jīng)生化作用生成N2O N2；

④地幔源的N2：如鐵隕石含氮數(shù)十～數(shù)百個ppm；

⑤大氣源的N2：大氣中N2隨地下水循環(huán)向深處運移，混入最多的主要是溫泉氣。

從同位素特征看，一般來說最重的氮集中在硝酸鹽巖中，較重的氮集中在芳香烴化合物中，而較輕的氮則集中在銨鹽和氨基酸中。

硫化氫

全球已發(fā)現(xiàn)氣藏中，幾乎都存在有H2S氣體，H2S含量>1%的氣藏為富H2S的氣藏，具有商業(yè)意義者須>5%。

據(jù)研究（Zhabrew等，1988），具有商業(yè)意義的H2S富集區(qū)主要是大型的含油氣沉積盆地，在這些盆地的沉積剖面中均含有厚的碳酸鹽一蒸發(fā)鹽巖系。

自然界中的H2S生成主要有以下兩類：

①生物成因（有機）：包括生物降解和生物化學(xué)作用；

②熱化學(xué)成因（無機）：有熱降解、熱化學(xué)還原、高溫合成等。根據(jù)熱力學(xué)計算，自然環(huán)境中石膏（CaSO4）被烴類還原成H2S的需求溫度高達(dá)150℃，因此自然界發(fā)現(xiàn)的高含H2S氣藏均產(chǎn)于深部的碳酸鹽—蒸發(fā)鹽層系中，并且碳酸鹽巖儲集性好。

各國儲量排名

2005年，全球已探明的天然氣總儲量為179.53兆立方米。

21世紀(jì)初世界主要天然氣生產(chǎn)國（單位：億立方米）

國家 儲量 年產(chǎn)量

俄羅斯 48.14萬 6328

伊朗 27.50萬 約896.63

卡塔爾 25.78萬 378

沙特阿拉伯 6.75萬 656.8

阿聯(lián)酋 6.06萬 458

美國 5.60萬 5532.77

阿爾及利亞 4.52萬 820

挪威 4.46萬 880

委內(nèi)瑞拉 4.19萬 284

尼日利亞 3.40萬 223.88

毒性危害

天然氣在空氣中含量達(dá)到一定程度后會使人窒息。天然氣不像一氧化碳那樣具有毒性，它本質(zhì)上是對人體無害的。不過如果天然氣處于高濃度的狀態(tài)，并使空氣中的氧氣不足以維持生命的話，還是會致人死亡的，畢竟天然氣不能用于人類呼吸。作為燃料，天然氣也會因發(fā)生爆炸而造成傷亡。

雖然天然氣比空氣輕而容易發(fā)散，但是當(dāng)天然氣在房屋或帳篷等封閉環(huán)境里聚集的情況下，達(dá)到一定的比例時，就會觸發(fā)威力巨大的爆炸。爆炸可能會夷平整座房屋，甚至殃及鄰近的建筑。甲烷在空氣中的爆炸極限下限為5%，上限為15%。

天然氣車輛發(fā)動機中要利用的壓縮天然氣的爆炸，由于氣體揮發(fā)的性質(zhì)，在自發(fā)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(fā)爆炸。

鑒別方法

自然界中天然氣分布很廣，成因類型繁多且熱演化程度不同，其地化特征亦多種多樣，因此很難用統(tǒng)一的指標(biāo)加以識別。實踐表明，用多項指標(biāo)綜合判別比用單一的指標(biāo)更為可靠。天然氣成因判別所涉及的項目看，主要有同位素、氣組分、輕烴以及生物標(biāo)志化合物等四項，其中有些內(nèi)容判別標(biāo)準(zhǔn)截然，具有絕對意義，有些內(nèi)容則在三種成因氣上有些重疊，只具有一定的相對意義。

衍生產(chǎn)品

天然氣是一種重要的能源，廣泛用作城市煤氣和工業(yè)燃料；但通常所稱的天然氣只指貯存于地層較深部的一種富含碳?xì)浠衔锏目扇細(xì)怏w，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(yè)用天然氣可用外混式燒嘴進(jìn)行燃燒。

液化氣體

液化天然氣

天然氣在常壓下，冷卻至約-162℃時，則由氣態(tài)變成液態(tài)，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、丙烷以及氮等。天然氣在液化過程中進(jìn)一步得到凈化，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。

液化天然氣（LNG）在中國已經(jīng)成為一門新興工業(yè)，正在迅猛發(fā)展。液化天然氣（LNG）技術(shù)除了用來解決運輸和儲存問題外，還廣泛地用于天然氣使用時的調(diào)峰裝置上。由于天然氣的產(chǎn)地往往不在工業(yè)或人口集中地區(qū)，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(shù)已逐步成為一項重大的先進(jìn)技術(shù)。

液化天然氣優(yōu)勢

液化天然氣與天然氣比較有以下優(yōu)點：

①便于貯存和運輸

液化天然氣密度是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下甲烷的625倍。也就是說，1m3液化天然氣可氣化成625m3天然氣，由此可見貯存和運輸?shù)姆奖阈浴?/p>

②安全性好

天然氣的儲藏和運輸主要方式是壓縮（CNG）。由于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(yuǎn)，相對可大大減少汽車加氣站的建設(shè)數(shù)量。

④調(diào)峰作用

天然氣作為民用燃?xì)饣虬l(fā)電廠的燃料，不可避免會有需要量的波動，這就要求供應(yīng)上具有調(diào)峰作用。

⑤環(huán)保性

天然氣在液化前必須經(jīng)過嚴(yán)格的預(yù)凈化，因而LNG中的雜質(zhì)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于CNG，為汽車尾氣或作為燃料使用時排放滿足更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)（如“歐Ⅱ”甚至“歐Ⅲ”）創(chuàng)造了條件。

液化石油氣

液化石油氣是石油產(chǎn)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(fā)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，采取加壓的措施，使其變成液體，裝在受壓容器內(nèi)，液化氣的名稱即由此而來。它的主要成分有乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和丁烷等，同時含有少量戊烷、戊烯和微量硫化合物雜質(zhì)。由天然氣所得的液化氣的成分基本不含烯烴。在氣瓶內(nèi)呈液態(tài)狀，一旦流出會汽化成比原體積大約二百五十倍的可燃?xì)怏w，并極易擴散，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(chǎn)大國，煤層氣相應(yīng)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。由于煤層氣熱值高，燃燒產(chǎn)物對環(huán)境污染少，被認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)潔凈燃料。

將煤層氣液化后使用，主要有幾方面好處：

①經(jīng)濟(jì)性

投資成本較低，回收快。

②安全性

“先采氣，后采煤”的方式已成為發(fā)達(dá)國家能源利用的基本方式?！跋炔蓺?，后采煤”大大提高了采煤的安全性。

③政策性

此方式可節(jié)約能源，做到能源的徹底利用，符合國家的相關(guān)政策。有利于獲得政府的支持。

煤層氣液化設(shè)備和天然氣液化設(shè)備基本一樣，只是由于大多數(shù)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(tǒng)。

壓縮氣體

壓縮天然氣（Compressed Natural Gas，簡稱CNG）是天然氣加壓并以氣態(tài)儲存在容器中。壓縮天然氣除了可以用油田及天然氣田里的天然氣外，還可以人工制造生物沼氣（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可以用來制作LNG（Liquefied Natural Gas），這種以CNG為燃料的車輛叫做NGV（Natural Gas Vehicle）。液化石油氣（Liquefied Petroleum Gas，簡稱LPG）經(jīng)常容易與CNG混淆，其實它們有明顯區(qū)別。

CNG壓縮天然氣的火災(zāi)危險性

1、燃燒爆炸性——可燃?xì)怏w處于爆炸濃度范圍內(nèi)遇引火源能發(fā)生燃燒或爆炸。

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。

人們生活中的燃燒氣源大致分為液化石油氣（Y）、人工煤氣（R）、天然氣（T）三大類。

人工煤氣

煤氣是用煤或焦炭等固體原料，經(jīng)干餾或氣化制得的，其主要成分有一氧化碳、甲烷和氫等。因此，煤氣有毒，易于空氣形成爆炸性混合物，使用時應(yīng)引起高度注意。

用途

工業(yè)燃料

以天然氣代替煤，用于工廠采暖，生產(chǎn)用鍋爐以及熱電廠燃?xì)廨啓C鍋爐。天然氣發(fā)電是緩解能源緊缺、降低燃煤發(fā)電比例，減少環(huán)境污染的有效途徑，且從經(jīng)濟(jì)效益看，天然氣發(fā)電的單位裝機容量所需投資少，建設(shè)工期短，上網(wǎng)電價較低，具有較強的競爭力。

天然氣發(fā)電，通過處理天然氣以后，然后安裝天然氣發(fā)電機組來提供電能。

工藝生產(chǎn)

如烤漆生產(chǎn)線，煙葉烘干、瀝青加熱保溫等。

天然氣化工工業(yè)

天然氣是制造氮肥的最佳原料，具有投資少、成本低、污染少等特點。天然氣占氮肥生產(chǎn)原料的比重，世界平均為80%左右。

城市燃?xì)馐聵I(yè)

特別是居民生活用燃料，包括常規(guī)天然氣，以及煤層氣和頁巖氣這兩種非常規(guī)天然氣。主要是生產(chǎn)以后并入管道，日常使用天然氣。隨著人民生活水平的提高及環(huán)保意識的增強，大部分城市對天然氣的需求明顯增加。天然氣作為民用燃料的經(jīng)濟(jì)效益也大于工業(yè)燃料。

壓縮天然氣汽車

以天然氣代替汽車用油，具有價格低、污染少、安全等優(yōu)點。國際天然氣汽車組織的統(tǒng)計顯示，天然氣汽車的年均增長速度為20.8%，全世界共有大約1270萬輛使用天然氣的車輛，2020年總量將達(dá)7000萬輛，其中大部分是壓縮天然氣汽車。

天然氣是優(yōu)質(zhì)高效的清潔能源，二氧化碳和氮氧化物的排放僅為煤炭的一半和五分之一左右，二氧化硫的排放幾乎為零。天然氣作為一種清潔、高效的化石能源，其開發(fā)利用越來越受到世界各國的重視。全球范圍來看，天然氣資源量要遠(yuǎn)大于石油，發(fā)展天然氣具有足夠的資源保障。

增效天然氣

是以天然氣為基礎(chǔ)氣源，經(jīng)過氣劑智能混合設(shè)備與天然氣增效劑混合后形成的一種新型節(jié)能環(huán)保工業(yè)燃?xì)猓紵郎囟饶芴岣咧?300℃，可用于工業(yè)切割、焊接、打破口，可完全取代乙炔氣、丙烷氣，可廣泛應(yīng)用于鋼廠、鋼構(gòu)、造船行業(yè)，可在船艙內(nèi)安全使用，現(xiàn)市面上的產(chǎn)品有銳鋒燃?xì)?，銳鋒天然氣增效劑。

人們的環(huán)保意識提高，世界需求干凈能源的呼聲高漲，各國政府也透過立法程序來傳達(dá)這種趨勢，天然氣曾被視為最干凈的能源之一，再加上1990年中東的波斯灣危機，加深美國及主要石油消耗國家研發(fā)替代能源的決心，因此，在還未發(fā)現(xiàn)真正的替代能源前，天然氣需求量自然會增加。

分布地域

中國沉積巖分布面積廣，陸相盆地多，形成優(yōu)越的多種天然氣儲藏的地質(zhì)條件。根據(jù)1993年全國天然氣遠(yuǎn)景資源量的預(yù)測，中國天然氣總資源量達(dá)38萬億m3，陸上天然氣主要分布在中部和西部地區(qū)，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(dǎo)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(zhǔn)噶爾、鶯歌海-瓊東南、柴達(dá)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(shù)氣田的地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，勘探開發(fā)難度大。1991-1995年間，中國天然氣產(chǎn)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(qū)域主要分布在中國的中西盆地。同時，中國還具有主要富集于華北地區(qū)非常規(guī)的煤層氣遠(yuǎn)景資源。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，蘊藏著十分豐富的天然氣資源。專家預(yù)測，資源總量可達(dá)40－60多萬億立方米，是一個天然氣資源大國。

中國煤炭資源豐富，據(jù)統(tǒng)計有6000億噸，居世界第三位，聚煤盆地發(fā)育，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有煤型氣聚集的有華北、鄂爾多斯、四川、臺灣—東海、鶯歌?！倴|南、以及吐哈等盆地。經(jīng)研究，鄂爾多斯盆地中部大氣區(qū)的氣多半來自上古生界C-P煤系地層（上古∶下古氣源=7∶3或6∶4），可見煤系地層生成天然氣的潛力很大。

對中國四川盆地氣田的研究（包茨，1988）認(rèn)為，該盆地的古生代氣田是高溫甲烷生氣期形成的，從三疊系→震旦系，干燥系數(shù)由小到大（T：35.5→P：73.1→Z：387.1），重?zé)N由多到少。川南氣田中，天然氣與熱變?yōu)r青共生，說明天然氣是由石油熱變質(zhì)而成的。

東，就是東海盆地。那里已經(jīng)噴射出天然氣的曙光；

南，就是鶯歌海－瓊東南及云貴地區(qū)。那里也已展現(xiàn)出大氣區(qū)的雄姿；

西，就是新疆的塔里木盆地、吐哈盆地、準(zhǔn)噶爾盆地和青海的柴達(dá)木盆地。在那古絲綢之路的西端，石油、天然氣會戰(zhàn)的鼓聲越擂越響。它們不但將成為中國石油戰(zhàn)略接替的重要地區(qū)，而且天然氣之火也已熊熊燃起，燎原之勢不可阻擋；

北，就是東北華北的廣大地區(qū)。在那里有著眾多的大油田、老油田，它們在未來高科技的推動下，不但要保持油氣穩(wěn)產(chǎn)，還將有可能攀登新的高峰；

中，就是鄂爾多斯盆地和四川盆地。鄂爾多斯盆地的天然氣勘探戰(zhàn)場越擴越大，探明儲量年年劇增，開發(fā)工程正在展開。四川盆地是中國天然氣生產(chǎn)的主力地區(qū)，又有新的發(fā)現(xiàn)，大的突破，天然氣的發(fā)展將進(jìn)入一個全新的階段，再上一個新臺階。

開采方法

天然氣也同原油一樣埋藏在地下封閉的地質(zhì)構(gòu)造之中，有些和原油儲藏在同一層位，有些單獨存在。對于和原油儲藏在同一層位的天然氣，會伴隨原油一起開采出來。

對于只有單相氣存在的，我們稱之為氣藏，其開采方法既與原油的開采方法十分相似，又有其特殊的地方。由于天然氣密度小，為0.75～0.8kg/m3，井筒氣柱對井底的壓力??；天然氣粘度小，在地層和管道中的流動阻力也??；又由于膨脹系數(shù)大，其彈性能量也大。

因此天然氣開采時一般采用自噴方式。這和自噴采油方式基本一樣。不過因為氣井壓力一般較高加上天然氣屬于易燃易爆氣體，對采氣井口裝置的承壓能力和密封性能比對采油井口裝置的要求要高的多。

天然氣開采也有其自身特點。首先天然氣和原油一樣與底水或邊水常常是一個儲藏體系。伴隨天然氣的開采進(jìn)程，水體的彈性能量會驅(qū)使水沿高滲透帶竄入氣藏。在這種情況下，由于巖石本身的親水性和毛細(xì)管壓力的作用，水的侵入不是有效地驅(qū)替氣體，而是封閉縫縫洞洞或空隙中未排出的氣體，形成死氣區(qū)。

這部分被圈閉在水侵帶的高壓氣，數(shù)量可以高達(dá)巖石孔隙體積的30%～50%，從而大大地降低了氣藏的最終采收率。其次氣井產(chǎn)水后，氣流入井底的滲流阻力會增加，氣液兩相沿油井向上的管流總能量消耗將顯著增大。隨著水侵影響的日益加劇，氣藏的采氣速度下降，氣井的自噴能力減弱，單井產(chǎn)量迅速遞減，直至井底嚴(yán)重積水而停產(chǎn)。治理氣藏水患主要從兩方面入手，一是排水，一是堵水。堵水就是采用機械卡堵、化學(xué)封堵等方法將產(chǎn)氣層和產(chǎn)水層分隔開或是在油藏內(nèi)建立阻水屏障。

辦法較多，主要原理是排除井筒積水，專業(yè)術(shù)語叫排水采氣法。小油管排水采氣法是利用在一定的產(chǎn)氣量下，油管直徑越小，則氣流速度越大，攜液能力越強的原理，如果油管直徑選擇合理，就不會形成井底積水。這種方法適應(yīng)于產(chǎn)水初期，地層壓力高，產(chǎn)水量較少的氣井。

泡沫排水采氣方法就是將發(fā)泡劑通過油管或套管加入井中，發(fā)泡劑溶入井底積水與水作用形成氣泡，不但可以降低積液相對密度，還能將地層中產(chǎn)出的水隨氣流帶出地面。這種方法適應(yīng)于地層壓力高，產(chǎn)水量相對較少的氣井。

柱塞氣舉排水采氣方法就是在油管內(nèi)下入一個柱塞。下入時柱塞中的流道處于打開狀態(tài)，柱塞在其自重的作用下向下運動。當(dāng)?shù)竭_(dá)油管底部時柱塞中的流道自動關(guān)閉，由于作用在柱塞底部的壓力大于作用在其頂部的壓力，柱塞開始向上運動并將柱塞以上的積水排到地面。當(dāng)其到達(dá)油管頂部時柱塞中的流道又被自動打開，又轉(zhuǎn)為向下運動。通過柱塞的往復(fù)運動，就可不斷將積液排出。這種方法適用于地層壓力比較充足，產(chǎn)水量又較大的氣井。

深井泵排水采氣方法是利用下入井中的深井泵、抽油桿和地面抽油機，通過油管抽水，套管采氣的方式控制井底壓力。這種方法適用于地層壓力較低的氣井，特別是產(chǎn)水氣井的中后期開采，但是運行費用相對較高。

勘探開發(fā)

2018年9月10日，國務(wù)院《關(guān)于促進(jìn)天然氣協(xié)調(diào)穩(wěn)定發(fā)展的若干意見》（以下簡稱《意見》）。提出加大國內(nèi)勘探開發(fā)力度。力爭到2020年底前國內(nèi)天然氣產(chǎn)量達(dá)到2000億立方米以上。

數(shù)據(jù)顯示，2017年中國天然氣產(chǎn)量增長超100億立方米，達(dá)1480.3億立方米，同比增長8.2%。而1-7月我國天然氣表觀消費量累計1575.6億立方米，同比增長16.47%；中國天然氣自產(chǎn)量904.9億立方米，同比增長5.5%，較2017年1-6月增速同比降低3.3個百分點。

《意見》提出，要加強產(chǎn)供儲銷體系建設(shè)，促進(jìn)天然氣供需動態(tài)平衡。一是加大國內(nèi)勘探開發(fā)力度。嚴(yán)格執(zhí)行油氣勘查區(qū)塊退出機制，全面實行區(qū)塊競爭性出讓，鼓勵礦業(yè)權(quán)市場化轉(zhuǎn)讓，加快動用已探明未動用儲量，強化國有油氣企業(yè)能源安全保障考核。二是健全天然氣多元化海外供應(yīng)體系。加快推進(jìn)進(jìn)口國別（地區(qū)）、運輸方式、進(jìn)口通道、合同模式以及參與主體多元化。三是構(gòu)建多層次儲備體系。統(tǒng)籌推進(jìn)地方政府和城鎮(zhèn)燃?xì)馄髽I(yè)儲氣能力建設(shè)，實現(xiàn)儲氣設(shè)施集約化規(guī)?；\營，避免“遍地開花”，鼓勵各類投資主體合資合作建設(shè)儲氣設(shè)施。四是強化天然氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與互聯(lián)互通。抓緊出臺油氣管網(wǎng)體制改革方案，推動基礎(chǔ)設(shè)施向第三方市場主體公平開放；深化“放管服”改革，縮短項目建設(shè)手續(xù)辦理和審批周期。

《意見》強調(diào)，要深化天然氣領(lǐng)域改革，建立健全協(xié)調(diào)穩(wěn)定發(fā)展體制機制。一是建立天然氣供需預(yù)測預(yù)警機制。二是建立天然氣發(fā)展綜合協(xié)調(diào)機制?！懊焊臍狻眻猿帧耙詺舛ǜ摹?、循序漸進(jìn)，突出對京津冀及周邊地區(qū)和汾渭平原等重點區(qū)域用氣需求的保障。三是建立健全天然氣需求側(cè)管理和調(diào)峰機制。四是建立完善天然氣供應(yīng)保障應(yīng)急體系。落實地方各級人民政府的民生用氣保供主體責(zé)任，做好分級保供預(yù)案和用戶調(diào)峰方案。五是理順天然氣價格機制。確保居民用氣門站價格改革方案平穩(wěn)實施，加快建立上下游天然氣價格聯(lián)動機制，推行季節(jié)性差價、可中斷氣價等差別化價格政策。六是強化天然氣全產(chǎn)業(yè)鏈安全運行機制。

技術(shù)參數(shù)

民用天然氣的含硫標(biāo)準(zhǔn)上限為：一類氣小于等于100mg/立方米，二類氣小于等于200mg/立方米，三類氣小于等于460mg/立方米。所以1立方米天然氣燃燒后釋放二氧化硫最多為（460mg/32）*64=920mg。

國家標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn)號

用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量天然氣流量 GB/T 21446-2008

工業(yè)自動化系統(tǒng)與集成流程工廠（包括石油和天然氣生產(chǎn)設(shè)施）生命周期數(shù)據(jù)集成第2部分：數(shù)據(jù)模型 GB/T 18975.2-2008

天然氣含硫化合物的測定第2部分：用亞甲藍(lán)法測定硫化氫含量 GB/T 11060.2-2008

天然氣水含量與水露點之間的換算 GB/T 16781.1-2008

天然氣標(biāo)準(zhǔn)參比條件 GB/T 19205-2008

天然氣汞含量的測定第1部分：碘化學(xué)吸附取樣法 GB/T 22634-2008

液化天然氣設(shè)備與安裝陸上裝置設(shè)計 GB/T 22724-2008

天然氣能量的測定 GB/T 22723-2008

燃?xì)馄嚫难b技術(shù)要求第1部分：壓縮天然氣汽車 GB/T 18437.1-2009

天然氣汽車定型試驗規(guī)程 GB/T 23335-2009

汽車用壓縮天然氣金屬內(nèi)膽纖維環(huán)纏繞氣瓶定期檢驗與評定 GB 24162-2009

車用壓縮天然氣瓶閥 GB 17926-2009

站用壓縮天然氣鋼瓶定期檢驗與評定 GB 24163-2009

車用壓縮天然氣鋼質(zhì)內(nèi)膽環(huán)向纏繞氣瓶 GB 24160-2009

冷凍輕烴流體液化天然氣船上貿(mào)易交接程序 GB/T 24964-2010

液化天然氣設(shè)備與安裝船岸界面 GB/T 24963-2010

天然氣含硫化合物的測定第4部分：用氧化微庫侖法測定總硫含量 GB/T 11060.4-2010

天然氣含硫化合物的測定第5部分：用氫解-速率計比色法測定總硫含量 GB/T 11060.5-2010

天然氣含硫化合物的測定第1部分：用碘量法測定硫化氫含量 GB/T 11060.1-2010

天然氣含硫化合物的測定第3部分：用乙酸鉛反應(yīng)速率雙光路檢測法測定硫化氫含量 GB/T 11060.3-2010

天然氣汞含量的測定第2部分：金-鉑合金汞齊化取樣法 GB/T 16781.2-2010

燃?xì)廨啓C采購第5部分：在石油和天然氣工業(yè)中的應(yīng)用 GB/T 14099.5-2010

汽車加氣站用往復(fù)活塞天然氣壓縮機 GB/T 25360-2010

汽車用液化天然氣加注裝置 GB/T 25986-2010

壓縮天然氣汽車燃料系統(tǒng)碰撞安全要求 GB/T 26780-2011

現(xiàn)場組裝立式圓筒平底鋼質(zhì)液化天然氣儲罐的設(shè)計與建造第1部分：總則 GB/T 26978.1-2011

現(xiàn)場組裝立式圓筒平底鋼質(zhì)液化天然氣儲罐的設(shè)計與建造第2部分：金屬構(gòu)件 GB/T 26978.2-2011

生產(chǎn)情況

天然氣生產(chǎn)保持增長，進(jìn)口下降。2022年1—2月份，我國生產(chǎn)天然氣372億立方米，同比增長6.7%，增速比上年12月份加快4.4個百分點，日均產(chǎn)量6.3億立方米。進(jìn)口天然氣1986萬噸，同比下降3.8%，上年12月份為增長4.6%。

2023年，天然氣產(chǎn)量2297.1億立方米，同比增長5.8%，連續(xù)7年年增100億方以上。

2024年，天然氣產(chǎn)量2324.3億立方米，同比增長5.6%，消費量增長7.2%。

工程技術(shù)難題

2022年6月27日，在第二十四屆中國科協(xié)年會閉幕式上，中國科協(xié)隆重發(fā)布10個對工程技術(shù)創(chuàng)新具有關(guān)鍵作用的工程技術(shù)難題，其中包括“如何從低品位含氦天然氣中提取氦氣？”。