我国天然气利用现状及发展展望

天然气的化学组成可分为烃类气体与非烃类气体两大类。烃类气体主要指甲烷（CH4）和C2-4重烃气，非烷烃气常见的有CO2、N2、H2S、H2及He、Ar等稀有气体。天然气有多种用途，不仅可作燃料，广泛用于住宅、商业、交通运输等诸多领域，同时也是高效、清洁的发电燃料。此外，天然气还是许多重要化工产品的原料。一、烷烃气烷烃气主要由常温、常压条件下呈气态的CH4以及少量的乙烷、丙烷、丁烷组成。烷烃气作为天然气的主体，在我国的用途正由过去以化工为主的单一消费结构逐步向城市燃气、工业燃料、天然气发电和天然气化工等多元化消费结构转变。烷烃气可用于城市燃气、车用燃料、工业燃料、发电、燃气空调、燃料电池、化工原料等诸多方面。此外，液化天然气（LNG）的冷量利用受到越来越多的重视。1.城市燃气天然气具有清洁、高效、使用方便等优点，已成为现代城市住宅、商业和公共部门的优选能源。在保证天然气安全供应的前提下，其有价值的利用方向是减少城市污染、改善大气环境。从利用终端看，电能的效率比天然气的效率高，但如果从生产、供应和终端利用全过程（包括开采、加工、输送、转换、分配和利用）进行评价，天然气能源利用效率远大于电能。对于用电的终端用户，电能生产和供应的能量效率只有27%，即在电能的生产和供应过程中约有73%的能量要损失掉；对于天然气的终端用户来说，在使用前，天然气生产和供应的能量效率达90%，损失率仅为10%。2.车用燃料在保留汽车原有供油系统的情况下，增加一套专用压缩天然气（CNG）装置，便形成CNG汽车。天然气汽车始于20世纪30年代，先在意大利使用，至今已有60多年历史。天然气汽车在环境保护、高效节能、使用安全等方面具有显著的优点，同时可切换使用汽油或柴油，因此发展迅速。截止目前，全世界有CNG汽车228万多辆，CNG加气站4600多座。北京已拥有约4000辆CNG公交车，重庆95％以上的公交车均使用CNG，西安、成都、乌鲁木齐等城市则以每年25％左右的速度发展CNG公交车。CNG汽车也由单一的公交车、出租车逐步扩大到邮政车、垃圾车、政府用车甚至私人车辆，我国清洁汽车已逐步形成区域化发展的模式。以天然气替代汽油或柴油作为汽车燃料具有清洁环保、技术成熟可靠、安全、经济效益显著等优点。3.工业燃料天然气作为工业燃料主要用于锅炉和工业窑炉，与煤、燃料油、液化气相比具有明显的优势。天然气作为工业燃料，环境效益明显。以燃烧后排放的CO2作为比较，如煤炭为100，则石油为83，而天然气仅为57，同时二氧化硫和氮氧化物等污染物仅微量排放。我国现行天然气利用政策规定，在建材、机电、轻纺、石化、冶金等工业领域中，允许以天然气代油、液化石油气项目，允许环境效益和经济效益较好的以天然气代煤气项目,以及允许这些领域中可中断的用户使用天然气。4.发电燃煤火力发电机组效率达到41.9%～45.3%,燃气轮机联合循环发电的效率可接近60%，以燃气轮机为核心的热电联产系统的总热效率可达80%，而分布式冷热电联产系统的效率可达90%。同燃煤发电厂相比，燃气发电污染物排放量低。此外燃气轮机起动后15分钟内即可并网发电，具有很好的调峰作用。基于以上优点，20世纪80年代以来，世界发电用的天然气消费量及燃气发电在总发电量中所占的比例均快速上升。1997年国外用于发电的天然气消费量占总消费量的比例已由1980年的20%上升到33%以上。1980～1997年世界发电用天然气消费量增长了4592×108m3,在世界电力生产总量中，天然气发电量的比例从12%增至15%。天然气发电是当前经济发达国家的主要天然气利用方向之一，国内一些学者也提倡天然气发电，但天然气发电耗用天然气量巨大，而在国内天然气是一种稀缺资源, 尽管其对节能减排可发挥独特作用，但应当尽量避免天然气发电。在重要用电负荷中心，可利用热电联产或分布式冷热电联产系统调峰或作为应急备用电源，但前提是天然气供应必须充足的地区。5.燃气空调燃气空调（又称燃气热泵），一般是指采用燃气(天然气、人工煤气、煤层气等)作为驱动能源的空调。其应用范围十分广泛，是热电联产或冷热电联产能源梯级利用中的重要组成部分。燃气空调早在20世纪50年代前就已进入美国空调市场，60年代已占领市场份额的40%，但70年代以后由于天然气制冷技术赶不上电力制冷，被挤出市场。80年代中期后，由于天然气制冷技术的进步、能源利用效率的提高、天然气使用的普及以及环保因素，再加上天然气制冷可以消减夏季出现的用电高峰、填补夏季出现的用气低谷等因素，同时可平抑电网和燃气管网的峰谷差、提高燃气管网和电网设备资源的利用率等，这些因素促使天然气空调在美国、日本等国家得到进一步发展。6.燃料电池燃料电池与常规的干电池和蓄电池有很大差别，它是一种发电装置，但发电原理又异于常规火力发电。它不通过剧烈的燃烧反应，也不同于水力发电、风力发电和核能发电，而是通过电化学过程将富氢燃料和氧化剂反应而产生的化学能直接转化为电能的高效发电装置。电极本身基本不发生变化，其作用是对燃料（目前主要是氢）起催化离解作用。燃料由电池外部供给，只要连续通入燃料就不断输出电能。燃料电池具有发电效率高和总热效率高的优点。一般燃料电池发电效率在40%以上，有些类型燃料电池发电效率可达60%，带热回收的燃料电池发电系统的总热效率可达80%。此外，燃料电池环境污染小，能够广泛应用于能源发电、家用电源、汽车工业、航空航天、建筑及移动通信等领域。7.化工原料化工原料所消耗的天然气虽然仅占全球天然气消费总量的5%以下，却生产种类众多的化工产品，年产量达2×108t。除了一些产量较少可由天然气为原料直接制取的一次产品（甲烷氯化物、乙炔、二硫化碳、氢氰酸、硝基甲烷等）外，合成氨和合成甲醇这两种大宗产品以及日益受到重视的合成油都是天然气经由合成气（CO+H2）间接制取的。全球以天然气为原料生产的合成氨和甲醇的产量分别占这两种产品产量的85%和90%，构成了天然气化工利用的核心。天然气还可用于化纤产品生产。此外，作为天然气的副产品，凝析气是一种重要的石油化工原料，尤其是作为生产乙烯和丙烯的原料。我国大陆地区天然气资源比较分散，单井产量低，自然稳产期短，造成开发成本和井口价偏高。其结果是无论国产天然气、进口管道天然气还是进口液化天然气的价格均高于国外。因此，我国以天然气作为化工原料的产品必将缺乏国际竞争力。由上建议，应将天然气作为主要清洁能源，依据治理污染、高效合理、经济可行三原则进行取舍。8.LNG的冷量利用中国每年将进口数以千万吨计的LNG，同时携带着巨额冷量，日本、美国和欧洲一些发达国家都非常重视LNG冷能的回收利用，并积累了丰富的经验。利用这些冷量可用于发电、液化空气制取氮、氧、氩，制造干冰，分离13C以及低温冷库等众多领域。我国建设在海边城市的LNG接受终端，每年从国外进口大量的LNG，其冷量可观，应充分利用。在这些接收终端旁边建设生产液氧、液氮、液氩的大型空分装置是有效利用LNG冷能的选择。建议LNG冷能要梯度、集成利用，以实现利用效率的化。二、二氧化碳(CO2)高含CO2的天然气与高含烃类气一样，均具有重要的经济意义。国内外不乏高含CO2的天然气气藏，我国三水盆地深9井由于CO2含量达99.55%，成为有很高经济价值的气藏。CO2作为一种化工原料，具有重要作用。据《化工经济技术信息》在2007年11期的报道，全球回收的CO2，约40%用于生产化学品，35%用于油田三次采油，l0%用于制冷，5%用于碳酸饮料，其他应用占l0%。三、硫化氢(H2S)与硫磺H2S是一种剧毒的化学物质，且非常不稳定，与空气混合可形成易爆混合物，溶于水后形成具有强烈神经毒性生物氢硫酸。全球硫磺产量中约90%是从含硫油气中回收的。世界上硫磺产量多的国家为美国、加拿大、前苏联，占世界硫磺产量约2/3，其中，加拿大和前苏联生产硫磺主要是从天然气中回收H2S。现在的生产工艺可直接以天然气中的H2S为原料来生产硫酸，大大降低了投资成本。世界硫磺产量的80%以上用于生产硫酸，硫酸是重要的基本化工原料之一，主要用于生产磷肥，中国硫酸总产量的60%以上用于生产磷肥。中国是硫磺资源较贫乏的国家，对外依存度高达90%。随着川东北普光等一系列大型（高）含H2S气田（部分气井H2S含量高达17%以上）的发现，我国硫磺市场供不应求的矛盾将得到有效缓解。到2010年，普光、南坝、铁山坡等5个天然气净化厂全部投产后，每年硫磺产能有望达到400万吨以上，将成为亚洲的硫磺生产基地、中国硫化工技术研发基地及中国硫化工产业基地，我国硫磺的对外依存度也将降低到60%。除了广泛的用途——制硫酸外，硫磺还广泛用于农药、橡胶、染料、造纸、医药、火药和炸药等行业，制糖行业和化纤行业也用得比较多。四、氦气(He)由于He在卫星飞船发射、导弹武器工业、低温超导研究、半导体生产等方面具有重要作用，其是国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略物资之一。含He天然气目前仍是工业化生产He的来源。世界上超过95%的氦消费由美国供应，但俄罗斯拥有世界上的He资源量，四川威远气田（0.2%）是我国能提取He的气田，我国每年需要进口大量的He。