文件编号：A398/0422
刊发时间：2023年3月10日
了解一些天然气的基本知识
虽然在生产和消费过程中也产生污染，但作为清洁的化石能源，在解决气候问题和推动能源转型过程中，天然气的作用和重要性日益显现。
王能全
天然气是当今人类社会消费的第三大能源资源，每年的产量和消费量超过4万亿立方米。近年来，为解决气候问题和推动能源转型，天然气的生产和消费受到了世界各国的重视，天然气在世界能源消费中的地位不断上升，在全球能源市场中的重要性日益显现，天然气行业已经迈入了“黄金的时代”。2023年3月3日，“石油价格”网站刊发了迈克尔·科恩的文章“天然气：世界上最重要燃料的综合指南”，简要但较为全面地介绍了天然气的基本情况。为了让大家对天然气这一清洁的能源资源有一个初步的了解，我们翻译组织了科恩的这篇文章，并将美国能源信息署有关天然气的资料图也编辑增加到文章中，使得本文对天然气的介绍更加完整、全面和直观。
天然气是一种化石燃料，由甲烷和其他由有机物分解形成的碳氢化合物组成；它可以通过各种方法开采出来，作为一种丰富而相对便宜的能源，用于取暖、烹饪和发电等；虽然天然气有它的好处，但它也会引起环境问题，如温室气体排放和水污染。
天然气是一种化石燃料，几个世纪以来一直被用于家庭、企业和工业。它是一种清洁燃料，比煤和石油等其他化石燃料排放更少的温室气体。在本文中，我们将探讨天然气是什么，它来自哪里，它的用途有多少，以及为什么它很重要。
1，天然气是什么？
天然气是一种碳氢化合物的混合物，存在于地表深处。它是由生活在数百万年前的动植物遗骸形成的，随着时间的推移，高温和压力将这些有机材料转化为我们所知的化石燃料，即天然气。
天然气的主要成分是甲烷(CH4)，占其组成的70-90%；其他成分包括乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)和戊烷(C5H12)，这些化合物使天然气具有独特的无味无色的特性。
2，天然气来自哪里？
天然气有几种不同的类型，每一种都有其独特的组成和性质，最常见的天然气类型包括：
常规天然气：这是最常见的天然气类型，从地下岩层中开采，或与石油资源伴生。
页岩气：这种类型的天然气存在于页岩岩层中，需要水力压裂或“压裂”才能开采。
致密气：这种类型的天然气存在于低渗透砂岩、石灰岩或白云岩岩层中，需要水力压裂来开采。
每种类型的天然气都有其独特的特性，使其适合不同的应用。例如，传统天然气通常用于家庭和企业的供暖和烹饪，而页岩气和致密气由于其储量丰富且成本较传统天然气低，因此通常用于发电。
3，天然气用来干什么？
在不同的经济部门，天然气有很多用途，一些最常见的用途包括：
供暖。天然气最常见的用途之一是供暖。天然气炉高效并具有成本效益，使其成为房主的流行选择，天然气也可以用来加热淋浴和泡澡用的水。
除了住宅供暖，天然气还用于商业和工业供暖，许多企业使用天然气为建筑物和仓库供暖。
发电。天然气也是发电燃料的重要来源。通过在涡轮机或发电机中燃烧天然气，发电厂用天然气来发电，这个过程中产生蒸汽，驱动发电机发电。
与煤炭等其他化石燃料相比，天然气发电厂因效率高、排放低，而越来越受到欢迎。
运输。天然气也可以用作运输燃料，其中，压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG），是两种可以用作运输燃料的天然气。
压缩天然气主要用于轻型车辆，如汽车和卡车，它储存在车上的高压罐中。液化天然气，主要用于公共汽车和卡车等重型车辆。
制造业。天然气也是许多制造过程中的重要原材料，它被用作氨和甲醇等化学品的原料。最终，这些化学物质被用于生产化肥、塑料和药品等产品。
除了化工生产，天然气还用于玻璃、钢铁和陶瓷等的生产。
家用。最后，天然气有许多家庭用途，使其成为我们日常生活中必不可少的一部分。由于其效率和使用方便，天然气灶在许多家庭中很常见。因其干燥时间短，天然气干燥机也而广受欢迎。
在寒冷的冬夜，天然气壁炉为人们带来温暖和家庭氛围，而使用天然气的户外烧烤灶具在户外烹饪时，为人们提供了极大的便利。
4，天然气是如何加工、储存和运输的？
以下，是天然气的加工、储存和运输的方式：
天然气的加工。从地下开采出来之后，天然气就必须经过几个处理步骤来去除杂质，并将其分离成不同的组分。这个过程的第一步，通常是脱水，脱水会去除气体中可能存在的所有水蒸气。
接下来，通过一系列过滤器，去除气体中的杂质，如硫化物、二氧化碳和其他污染物等。如果不加以处理，这些杂质会对管道造成腐蚀或损坏。
经过净化后，气体通常会被压缩以增加运输压力，这使得通过管道或船舶运输大量天然气出口变得更加容易。
液化天然气。液化天然气（LNG），通过是将天然气冷却到大约-260°F(-162°C)，将其从气体转化为液体，这个过程允许以更加紧密有效的形式运输和储存天然气。液化过程有以下几个步骤：
预处理：首先对天然气进行清洁处理，去除任何杂质，如酸性气体、水和重质碳氢化合物等，这些杂质可能会在液化过程中冻结或引起其他问题。
压缩：经过预处理的天然气，被压缩以增加压力，从而提高气体的温度。
冷却：然后使用热交换器对压缩天然气进行冷却，热交换器使用丙烷或乙烯等制冷剂，将气体温度降低到-120°F(-84°C)左右。
液化：一旦温度降得足够低，天然气就会凝结成液态，储存在保温罐中以便于运输。
装载和运输：液化天然气可通过专用的船舶或卡车运输至最终目的地，在那里液化天然气可以再气化为气态，通过管道进行输送或用作发电燃料。
将天然气转化为液化天然气，需要专门的设备和基础设施，但与传统的气态运输方法相比，在储存和运输效率方面，液化天然气具有显著的优势。
天然气的储存。储存天然气的主要方法有三种：地下储气库或地面储气罐。地下储存设施，通常用于储存大量的天然气，以供以后在需求高峰时期使用，这些设施通常包括废弃的油田或气田、盐穴或被改造为天然气储存的含水层。
地面储罐，常用于较小规模的存储需求，这些储罐可以在工业场所或用于天然气加热或烹饪的住宅物业中找到。
浮式天然气储存，是另一种地面储存的形式，涉及将液化天然气储存在大型浮动的容器中，这些容器通常被称为浮式存储和再气化装置（FSRUs）。浮式存储和再气化装置，可以停泊在海上或港口，允许它们从船舶中接收液化天然气，储存液化天然气，直到需要时加以使用。与其他形式的液化天然气存储方式相比，由于灵活性和相对较低的成本，这种存储方式越来越受到欢迎。此外，浮式存储和再气化装置还可用于再气化，即将液化天然气转换回气态，以便通过管道或其他运输方式进行输送。
天然气的运输。天然气可以通过管道、卡车、轮船或轨道车辆运输，这取决于需要运输的距离和运输量。
管道，是长距离输送大量天然气最常见的方式，这些管道可以跨越国家，甚至大陆，绵延数千英里。
卡车和轨道车辆，通常用于较短的距离或不能用管道输送时使用，这些车辆通常用专门设计的容器运输压缩天然气或液化天然气。
船舶，是另一种跨越海洋向国际市场运输液化天然气的方法。液化天然气运输船使用绝缘罐，将液体保持在极低的温度，以便在运输过程中保持液体的状态。
总结以上，天然气的储存和运输需要专门的设备和基础设施，以确保天然气从开采地点安全地运送到世界各地的最终用户。随着对这种宝贵能源资源的需求持续增长，技术的进步将继续提高天然气生产、储存和运输各个环节的效率及其安全性。
5，天然气为什么重要？
在满足我们的能源需求方面，天然气发挥着至关重要的作用，同时也减少了我们对煤炭和石油等污染更严重的化石燃料的依赖。事实上，天然气和页岩革命，在帮助美国实现能源独立方面发挥了关键的作用。以下，是天然气很重要的一些原因：
清洁燃烧：天然气燃烧时排放的温室气体，比其他化石燃料少。
储量丰富：世界各地都有丰富的天然气储量。
可靠：世界上许多地方的天然气基础设施都很完善。
灵活：天然气可用于不同行业的多种应用。
成本效益：天然气的价格在历史上一直低于其他化石燃料。
随着世界各国努力向更清洁的能源过渡，天然气将继续在满足我们的能源需求方面发挥重要的作用，同时减少对环境的影响。
6，天然气对环境的负面影响
作为一种化石燃料，天然气被看作比煤和石油更清洁的替代能源。虽然它排放的污染物确实比其他燃料少，但它仍然对环境有重大的影响。以下，是天然气对环境以及对气候变化的负面影响：
空气污染。天然气燃烧产生氮氧化物，导致烟雾和呼吸问题。它还会释放挥发性有机化合物，这会导致头痛、恶心和刺激眼睛等健康问题。甲烷是一种危害极大的温室气体，在天然气的开采、加工和运输过程中，它被释放出来。
水污染。水力压裂法，是一种从页岩岩层中开采天然气的方法，需要将大量的水与化学物质混合，这种混合物会污染附近的水源。运输过程中的泄漏，也会污染水源。
土地使用。管道和钻井场地的建设和维护，可能会破坏生态系统和野生动物的栖息地。水力压裂法，需要大量的土地作为钻井的场所。
7，优点与缺点
与其他化石燃料相比，天然气确实有一些优点：作为能源燃烧时，它排放的污染物更少；它可以作为风能和太阳能等可再生能源系统的备用电源。
当然，这些优点必须与其对环境的影响进行权衡：天然气燃烧造成的空气污染，会导致呼吸系统疾病；水力压裂带来的水污染会污染饮用水源；甲烷泄漏对气候变化有重大的影响。
作为石油生产中的副产品，历史上，天然气一直被视为讨厌的东西。在钻探和开采石油时，天然气随石油一起生产出来，但由于分离、开采和运输天然气并不总是经济可行的，因此有时会通过放空燃烧，将天然气处理掉。燃烧过程中，天然气向大气中释放二氧化碳和其他有害气体，导致气候的变化和空气的污染。
通过收集天然气，而不是将其作为废物燃烧处理掉，我们可以减少对传统化石燃料的依赖，同时减轻释放燃烧对环境的破坏。
8，作为过渡燃料的天然气
通常，天然气被称为“过渡性燃料”，因为它可以作为通往更可持续能源未来道路上的临时解决方案。在我们努力减少对化石燃料的依赖，转而使用风能和太阳能等可再生能源时，在帮助我们摆脱煤炭和石油等更脏的燃料方面，天然气可以发挥重要的作用。
被视为“过渡性燃料”的一个原因是，作为能源用于燃烧生产时，天然气排放的污染物比煤或石油少，这意味着，在我们继续开发清洁能源的同时，它可以帮助减轻空气污染，改善公众健康。作为风能和太阳能等可再生能源系统的备用电源，天然气还可以有助于确保即使天气条件对这些可再生能源不利时，也始终有可靠的电力供应。
以不长的篇幅并通过8个方面，本文对天然气进行了简洁但较为全面的介绍，虽然这仅是一篇科普性质的短文，但它足以为我们更深入地理解当下复杂的全球天然气市场，提供了基础性的知识及背景。
