天然氣的化學(xué)組成天然氣作為重要能源資源主要由甲烷和其他烴類氣體組成目錄1基本概念天然氣定義及特性2化學(xué)成分分析主要成分及分子結(jié)構(gòu)3開采與處理資源分布及應(yīng)用技術(shù)4應(yīng)用與發(fā)展什么是天然氣？定義地下埋藏的可燃性氣體混合物形成過程有機(jī)物在地下高溫高壓下長期演化存在形式天然氣的主要特征無色純凈天然氣呈透明狀態(tài)無味原始狀態(tài)無明顯氣味易燃與空氣混合后極易燃燒密度小天然氣的主要成分70-90%甲烷（CH?）天然氣的主要組成部分0-20%其他烴類乙烷、丙烷、丁烷等0-8%非烴氣體二氧化碳、氮?dú)?、硫化氫等甲烷的分子結(jié)構(gòu)1234四面體結(jié)構(gòu)中心碳原子與四個(gè)氫原子成鍵鍵角H-C-H鍵角為109.5°sp3雜化碳原子呈sp3雜化狀態(tài)鍵長C-H鍵長為1.09埃甲烷的化學(xué)性質(zhì)燃燒與氧氣反應(yīng)釋放大量熱能氧化可被氧化形成甲醇等衍生物鹵化與鹵素發(fā)生取代反應(yīng)裂解高溫下可裂解為氫氣和碳天然氣中的其他烴類乙烷（C?H?）含量：1-10%用途：制備乙烯丙烷（C?H?）含量：0.1-3%用途：液化石油氣丁烷（C?H??）含量：微量用途：打火機(jī)燃料天然氣中的非烴成分二氧化碳（CO?）含量：0-8%特點(diǎn)：降低熱值氮?dú)猓∟?）含量：0-5%特點(diǎn)：惰性氣體硫化氫（H?S）含量：0-5%特點(diǎn)：有毒、腐蝕性天然氣的分類分類標(biāo)準(zhǔn)主要類型特點(diǎn)烴含量干氣、濕氣重?zé)N含量多少來源常規(guī)氣、非常規(guī)氣儲藏方式不同伴生情況非伴生氣、伴生氣是否與石油共存干氣vs濕氣干氣甲烷含量超過95%重?zé)N含量極少直接用作燃料濕氣含有較多重?zé)N成分需要進(jìn)行分餾處理可提取液化石油氣天然氣的化學(xué)組成變化因素溫度和壓力影響氣態(tài)平衡埋藏深度影響成熟度地質(zhì)條件決定基礎(chǔ)組成天然氣的地理分布中東俄羅斯伊朗卡塔爾美國其他中國天然氣資源分布天然氣的開采方法常規(guī)天然氣開采傳統(tǒng)鉆井技術(shù)氣藏壓力自流生產(chǎn)開采難度相對較低非常規(guī)天然氣開采水平鉆井水力壓裂技術(shù)需要特殊工藝處理頁巖氣開采水平鉆井延頁巖層方向鉆進(jìn)水力壓裂高壓注入壓裂液支撐劑注入保持裂縫開放狀態(tài)氣體采集天然氣通過裂縫流出煤層氣開采1排水降壓排出煤層中的水分2解吸游離甲烷從煤基質(zhì)中解吸出來3定向鉆井提高單井產(chǎn)氣量4地面集氣收集并處理煤層氣天然氣的處理過程脫水去除水分，防止管道結(jié)冰腐蝕脫硫去除硫化氫等有害成分分餾分離提取重?zé)N組分氣質(zhì)調(diào)整使其符合商品氣標(biāo)準(zhǔn)天然氣的儲存方式壓縮天然氣（CNG）常溫高壓下壓縮壓力約為20-25MPa液化天然氣（LNG）低溫液態(tài)形式儲存溫度約為-162°C地下儲氣庫利用地下構(gòu)造儲存用于調(diào)峰和應(yīng)急壓縮天然氣（CNG）的特性高壓壓縮體積減小約200倍常溫儲存無需制冷設(shè)備應(yīng)用范圍主要用于車輛燃料經(jīng)濟(jì)性設(shè)備投資較小液化天然氣（LNG）的特性低溫液態(tài)-162°C下液化體積減小體積減小約600倍便于運(yùn)輸適合遠(yuǎn)距離海運(yùn)存儲效率單位體積能量密度高天然氣的運(yùn)輸方式管道運(yùn)輸適合陸地區(qū)域固定路線連接連續(xù)供應(yīng)特點(diǎn)船舶運(yùn)輸跨洋遠(yuǎn)距離LNG專用船靈活性較高車輛運(yùn)輸末端配送CNG/LNG槽車適合小規(guī)模供應(yīng)天然氣管道網(wǎng)絡(luò)LNG運(yùn)輸船266,000m3最大載容量超大型LNG船-163°C儲存溫度低溫保持液態(tài)500+全球船隊(duì)不斷擴(kuò)大中19節(jié)平均航速約35公里/小時(shí)天然氣的主要用途工業(yè)燃料發(fā)電民用燃?xì)饣ぴ辖煌ㄈ剂咸烊粴庾鳛槿剂系膬?yōu)勢清潔燃燒產(chǎn)物污染物少高效熱值高，燃燒充分便捷管網(wǎng)輸送，使用方便經(jīng)濟(jì)相對其他燃料價(jià)格合理天然氣發(fā)電燃?xì)廨啓C(jī)天然氣燃燒驅(qū)動燃?xì)廨啓C(jī)余熱鍋爐利用高溫?zé)煔猱a(chǎn)生蒸汽蒸汽輪機(jī)蒸汽推動二次發(fā)電電能輸出綜合發(fā)電效率可達(dá)60%以上天然氣汽車公共交通城市公交車大量使用CNG燃料出租車清潔環(huán)保，運(yùn)營成本低改裝系統(tǒng)傳統(tǒng)汽車可改裝為雙燃料系統(tǒng)天然氣在化工行業(yè)的應(yīng)用甲醇生產(chǎn)合成氨、氫氰酸、乙醇等重要原料合成氨化肥生產(chǎn)的關(guān)鍵原料制氫重要的工業(yè)氣體碳黑生產(chǎn)用于橡膠、塑料工業(yè)甲醇生產(chǎn)天然氣制合成氣CH?+H?O→CO+3H?合成氣轉(zhuǎn)化CO+2H?→CH?OH精餾提純分離得到純甲醇合成氨生產(chǎn)制合成氣天然氣重整變換反應(yīng)CO與水反應(yīng)生成H?氮?dú)浜铣蒒?+3H?→2NH?天然氣制氫蒸汽重整法CH?+H?O→CO+3H?主流工藝能耗較低部分氧化法CH?+?O?→CO+2H?無需催化劑操作簡單自熱重整法結(jié)合兩種方法能量自給工藝復(fù)雜天然氣與可持續(xù)發(fā)展環(huán)境影響比煤炭和石油排放少但仍產(chǎn)生溫室氣體碳排放每千瓦時(shí)約0.2千克CO?是煤電的40%左右過渡角色向清潔能源轉(zhuǎn)型的橋梁與可再生能源互補(bǔ)天然氣與溫室效應(yīng)甲烷泄漏問題溫室效應(yīng)甲烷是強(qiáng)效溫室氣體比CO?強(qiáng)25倍泄漏源開采、處理和運(yùn)輸過程設(shè)備老化和管理不善檢測方法紅外熱像儀激光探測器天然氣安全使用泄漏檢測安裝氣體探測器防爆措施通風(fēng)良好，遠(yuǎn)離火源設(shè)備檢查定期維護(hù)燃?xì)庠O(shè)備應(yīng)急處理發(fā)現(xiàn)泄漏立即關(guān)閥并通風(fēng)天然氣添加劑四氫噻吩(THT)化學(xué)式：C?H?S特征：強(qiáng)烈硫臭味添加比例：約10mg/m3甲硫醇化學(xué)式：CH?SH特征：腐爛卷心菜味添加比例：約5mg/m3天然氣燃燒方程式CH?+2O?→CO?+2H?O+熱能(890kJ/mol)C?H?+3.5O?→2CO?+3H?O+熱能(1560kJ/mol)C?H?+5O?→3CO?+4H?O+熱能(2220kJ/mol)天然氣的熱值8500平均熱值8500千卡/標(biāo)準(zhǔn)立方米38兆焦耳/立方米國際單位制表示1050英熱單位/立方英尺美國常用單位天然氣與其他化石燃料的比較特性天然氣石油煤炭碳?xì)浔?:4(CH?)約1:2約2:1污染物排放低中高能量密度38MJ/m3約42MJ/kg約29MJ/kg天然氣的環(huán)境效益天然氣石油煤炭天然氣在能源轉(zhuǎn)型中的角色1過渡能源從煤炭到清潔能源的橋梁調(diào)峰電源平衡可再生能源波動減排工具實(shí)現(xiàn)近期碳減排目標(biāo)天然氣市場概況供應(yīng)方俄羅斯、卡塔爾、美國等亞太區(qū)供需缺口較大需求方歐盟、中國、日本等中國需求增長迅速價(jià)格趨勢區(qū)域差異明顯季節(jié)性波動特征天然氣貿(mào)易天然氣定價(jià)機(jī)制油價(jià)掛鉤傳統(tǒng)亞洲市場模式價(jià)格與原油價(jià)格關(guān)聯(lián)氣氣競爭北美市場模式基于供需關(guān)系的市場定價(jià)混合定價(jià)歐洲市場模式長期合同與現(xiàn)貨市場結(jié)合天然氣期貨市場天然氣行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新勘探技術(shù)地震成像精度提高開采技術(shù)水平鉆井和多級壓裂處理技術(shù)膜分離技術(shù)應(yīng)用利用技術(shù)燃料電池和微型燃?xì)廨啓C(jī)天然氣水合物形成條件低溫高壓環(huán)境主要分布在海底和永久凍土區(qū)資源量潛在儲量巨大可能超過常規(guī)天然氣總和開發(fā)難點(diǎn)開采技術(shù)復(fù)雜環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)高生物天然氣原料來源農(nóng)業(yè)廢棄物、污水、垃圾1產(chǎn)生過程厭氧發(fā)酵微生物分解2主要成分甲烷(50-70%)和二氧化碳3凈化提純?nèi)コ鼵O?和雜質(zhì)4天然氣與氫能的結(jié)合氫氣摻混天然氣管網(wǎng)中摻入氫氣天然氣制氫藍(lán)氫生產(chǎn)+碳捕集燃料電池應(yīng)用高效發(fā)電低排放天然氣行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型人工智能應(yīng)用優(yōu)化生產(chǎn)和管理云計(jì)算與大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分析與預(yù)測物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)備連接與監(jiān)控天然氣與智能電網(wǎng)發(fā)電側(cè)整合天然氣發(fā)電柔性調(diào)節(jié)能源互聯(lián)電氣耦合系統(tǒng)需求響應(yīng)峰谷調(diào)節(jié)與負(fù)荷管理分布式能源微型天然氣發(fā)電并網(wǎng)天然氣在工業(yè)4.0中的應(yīng)用智能計(jì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測用氣數(shù)據(jù)自動化控制生產(chǎn)過程智能管理預(yù)測性維護(hù)設(shè)備故障提前預(yù)警天然氣行業(yè)的政策環(huán)境國際政策《巴黎協(xié)定》減排要求甲烷減排倡議能源轉(zhuǎn)型國際合作國內(nèi)政策天然氣利用政策管網(wǎng)改革方案碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略天然氣與能源安全供應(yīng)多元化多渠道氣源保障避免單一依賴基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管網(wǎng)互聯(lián)互通儲氣能力提升應(yīng)急機(jī)制季節(jié)性供應(yīng)保障突發(fā)事件應(yīng)對體系天然氣行業(yè)的未來趨勢清潔化碳捕集與封存技術(shù)應(yīng)用智能化數(shù)字技術(shù)深度融合多元化與其他能源形式協(xié)同發(fā)展天然氣與碳中和目標(biāo)1近期替代煤炭減少碳排放2中期結(jié)合CCUS技術(shù)降低碳足跡3遠(yuǎn)期與氫能、生物天然氣等融合發(fā)展天然氣行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)價(jià)格波動市場不確定性增加環(huán)