天然气

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May 28, 2022

天然气是所有从地下逸出的气体的统称,但它几乎只用于化石燃料。可燃天然气是轻质碳氢化合物(主要是甲烷)和少量氮气、氧气和二氧化碳的混合物。它产生于导致石油形成的同一过程,并代表该过程中有机产品的较轻部分。天然气通常与石油一起发现,尽管有时天然气有机会渗透到地球的其他层而不是重得多的石油,因此可能会发生分离。在欧洲,天然气主要在北海及其周围发现,包括荷兰北部(另见荷兰的天然气开采)。格罗宁根 Slochteren 的天然气含有 81.9% CH4(甲烷),为 3,3% 来自高级气态碳氢化合物,14% 来自氮气和 0.8% 二氧化碳。来自其他开采地点的天然气通常具有不同的成分,有时还含有硫化氢(“酸性气体”)。

石油和天然气的起源

石油和天然气的前体,干酪根或土蜡,在海底形成,与煤和褐煤不同,煤和褐煤在沼泽环境中形成。干酪根是一种没有上升趋势的固体。海床的氧气含量必须非常低,因此沉降的生物无法被清道夫或细菌完全消化。因此,作为厌氧细菌部分分解有机物的结果,形成了干酪根,可以在所谓的焦油砂中找到。如果含干酪根的沉积物后来深埋在其他沉积物之下,温度可能会上升到 100 摄氏度。在这种情况下,干酪根被转化为石油。在更高的温度下,它被转化为天然气。石油和天然气比岩石和水轻得多,所以如果上覆的岩石足够多孔,化石燃料就会被向上推。通常,石油或天然气最终会遇到不透水层,并在那里形成石油或天然气矿床。天然气也从其他有机“废物”中提取。例如,在石炭纪,沼泽地中的许多植物和树木都变成了煤,这也是气体的来源。例如,格罗宁根天然气公司(Slochteren 附近)就是这种情况。通常,石油或天然气最终会遇到不透水层,在那里形成矿物油或天然气矿床。天然气也从其他有机“废物”中提取。例如,在石炭纪,沼泽地中的许多植物和树木都变成了煤,这也是气体的来源。例如,格罗宁根天然气公司(Slochteren 附近)就是这种情况。通常,石油或天然气最终会遇到不透水层,在那里形成矿物油或天然气矿床。天然气也从其他有机“废物”中提取。例如,在石炭纪,沼泽地中的许多植物和树木都变成了煤,这也是气体的来源。例如,格罗宁根天然气公司(Slochteren 附近)就是这种情况。

化学性质

天然气是在室温和 1 巴(绝对)压力下的气体。由于天然气大部分由甲烷 (82%) 组成,因此 1 bar 时的沸点为 -162 °C (112 K),熔点为 -183 °C (91 K)。甲烷原子形成完美的正四面体,因此平衡时的键角为 109.5°。

物理特性

天然气的密度约为 0.833 kg/m³(1 bar,0°C)。相对于空气的相对密度约为 0.65。因此,气体“漂浮”在空气中。这将导致它上升,类似于水下的空气(气泡)。供应给荷兰家庭的天然气的燃烧热约为 35.17 MJ/m³(上限值)或 31.65 MJ/m³(下限值)。供应给荷兰家庭的天然气的沃泊指数(不同于燃烧热)必须介于 43.46 – 44.41 MJ/m³(以上值)之间。这是法律规定的,因为焚化炉是为这个值设计的,所以偏离这个值可能是危险的。天然气的成分因开采地而异。因此,燃烧热和沃泊指数也不同。 Wobbe 指数对于家用燃烧锅炉的燃烧尤为重要。这就是荷兰努力保持天然气供应尽可能稳定的原因。法律甚至规定这必须介于上述限制之间。这是通过混合来自不同领域的气体并添加少量氮气来实现的。这样做的后果是热值(也称为热值)会有很小的变化。为了对此进行修正,在计算天然气价格时会考虑修正系数,以便消费者继续支付相同的每兆焦耳价格。Wobbe 指数对于家用燃烧锅炉的燃烧尤为重要。这就是荷兰努力保持天然气供应尽可能稳定的原因。法律甚至规定这必须介于上述限制之间。这是通过混合来自不同领域的气体并添加少量氮气来实现的。这样做的后果是热值(也称为热值)会有很小的变化。为了对此进行修正,在计算天然气价格时会考虑修正系数,以便消费者继续支付相同的每兆焦耳价格。Wobbe 指数对于家用燃烧锅炉的燃烧尤其重要。这就是荷兰努力保持天然气供应尽可能稳定的原因。法律甚至规定这必须介于上述限制之间。这是通过混合来自不同领域的气体并添加少量氮气来实现的。这样做的后果是热值(也称为热值)会有很小的变化。为了对此进行修正,在计算天然气价格时会考虑修正系数,以便消费者继续支付相同的每兆焦耳价格。法律甚至规定这必须介于上述限制之间。这是通过混合来自不同领域的气体并添加少量氮气来实现的。这样做的后果是热值(也称为热值)会有很小的变化。为了对此进行修正,在计算天然气价格时会考虑修正系数,以便消费者继续支付相同的每兆焦耳价格。法律甚至规定这必须介于上述限制之间。这是通过混合来自不同领域的气体并添加少量氮气来实现的。这样做的后果是热值(也称为热值)会有很小的变化。为了对此进行修正,在计算天然气价格时会考虑修正系数,以便消费者继续支付相同的每兆焦耳价格。在计算天然气价格时,会收取一个修正系数,让消费者继续支付每兆焦耳相同的价格。在计算天然气价格时,会收取一个修正系数,让消费者继续支付每兆焦耳相同的价格。

化合物

天然气的主要成分是甲烷,但其成分因来源而异。这会影响气体的燃烧,因此气体供应商通过混合气体来确保恒定的特性(即具有相同沃泊指数的气体)。格罗宁根天然气含有大量氮,因此燃烧热低于例如俄罗斯天然气的燃烧热。格罗宁根气体因此也被称为“低热量气体”,外来气体称为“高热量气体”。例如,下表概述了格罗宁根天然气与加拿大供应的典型天然气之间的差异。燃烧甲烷时发生的反应是:CH 4 + 2 O 2 → 2 H 2 O + CO 2 {\displaystyle \mathrm {CH} _{4}+2\mathrm {O} _{2}\to 2\mathrm {H} _{2}\ mathrm {O} +\mathrm {CO} _{2}}CO 2 {\displaystyle \mathrm {CH} _{4}+2\mathrm {O} _{2}\to 2\mathrm {H} _{2}\mathrm {O} +\mathrm {CO} _{ 2}}CO 2 {\displaystyle \mathrm {CH} _{4}+2\mathrm {O} _{2}\to 2\mathrm {H} _{2}\mathrm {O} +\mathrm {CO} _{ 2}}

运输和储存

气体优选在金属或塑料气体管道中输送。此外,天然气也以压缩天然气 (CNG) 或液态液化天然气 (LNG) 的形式在压力下运输。可以在球形容器或地下岩层中以气态形式储存。少量储存在罐、钢瓶和气瓶中。Lng 储存在隔热罐中。

管道

通常,管道由焊接在一起的管子组成。壁厚从几毫米到超过一厘米不等,直径在 20 厘米到 1 m 或更多(迄今为止最大的尺寸为 1.40 m)之间波动。管子通常配有保护套。在检查之后和将管道放入沟槽之前,焊缝会被涂上一层额外的涂层,特别是防止腐蚀。使用塑料管是因为这在经济上具有吸引力并且因为它们对腐蚀不那么敏感。重要的是管道可以输送足够量的天然气,从而确保高输送速度。气体从高压流向低压。网络沿线有强大的压缩站(大约每 80 公里一个),可提供足够的气体压力。

甲烷罐车

甲烷油轮以液态形式运输天然气。液态天然气的体积比气态天然气小 600 倍,这使得海上运输在经济上更具吸引力。天然气可以在 600 巴的压力下液化,或者像液化天然气一样,在大气压和 –163°C 的温度下液化。自 1990 年以来,液化天然气贸易在世界各地得到了强劲发展。它占世界天然气贸易总量的四分之一以上。一半以上的贸易发生在亚洲,但甲烷油轮的技术主要是在西欧开发的。

海底管道

海底管道用于将来自海上油田的天然气输送到岸上。在其他大陆开采的天然气也通过这些管道运输。例如,意大利和西班牙通过 Medgaz 管道从阿尔及利亚接收天然气。北海有2000多公里的管道。例如,有 Norpipe、Statpipe 和 Europipe 管道将挪威天然气区的油田与德国海岸的埃姆登连接起来。自 1993 年以来,Zeepipe 提供了挪威天然气在 Troll 气田和 Zeebrugge 之间的运输。后来,Zeepipe 被翻了一番,因此一条管道现在也抵达敦刻尔克。 1998 年底,互连器投入使用,这是一条连接英国海岸的巴克顿和泽布吕赫的天然气管道。英国的天然气通过这个运输到欧洲大陆,反之亦然。2006 年底,巴克顿和非洲大陆之间的第二条管道(BBL 管道)投入使用。

天然气储存

天然气的用户和应用越来越多。因此,必须保证天然气的持续供应。为了应对季节性高峰(例如在冬季),天然气储存在地上储气库或地下储气库中。

应用

过去,天然气通常被认为是石油开采的废物,只是简单地燃烧了。即使是现在,如果发现它离文明很远并且到消费者的运输造成太多问题,这种情况仍然会发生。从生态的角度来看,这是非常不幸的,因为天然气是最清洁的化石燃料。然而,燃烧比简单地将甲烷释放到大气中要好,因为甲烷对温室效应的贡献大约是二氧化碳的 25 倍。更好的是将气体泵回地下。这几乎总是可能的,但需要一些额外的投资。在贫穷国家,政府和石油公司往往拒绝进行这些投资。燃烧时,甲烷产生的水是二氧化碳的两倍,而煤主要转化为二氧化碳。此外,天然气几乎不产生烟灰或灰分。使用克劳斯工艺去除硫等杂质也比煤或石油容易得多。天然气被用作烹饪和取暖的能源。在荷兰,自 1960 年代以来,天然气已完全取代城市燃气和燃煤。它还广泛用于发电站和区域供热。 2015 年,使用天然气生产的电力占荷兰电力生产的最大份额,为 41.7% 或 45.9 TWh。天然气还用作各种化学生产过程的原材料。例如,天然气用于制造氨,氨又是肥料的原料。天然气以压缩形式 (CNG) 用作乘用车、商用车和公共汽车的替代性、相对清洁的燃料,并以液体形式 (LNG) 用作卡车。这对空气质量产生了很大影响,尤其是在建筑环境中,因为天然气的燃烧几乎不产生或不产生烟尘颗粒和其他颗粒物。 2013年,在一辆城市公交车发生火灾后,这种燃料的安全性受到质疑,其中通过安全阀吹出的气体引起了十多米的火焰。这对空气质量产生了很大影响,尤其是在建筑环境中,因为天然气的燃烧几乎不产生或不产生烟尘颗粒和其他颗粒物。 2013年,在一辆城市公交车发生火灾后,这种燃料的安全性受到质疑,其中通过安全阀吹出的气体引起了十多米的火焰。这对空气质量产生了很大影响,尤其是在建筑环境中,因为天然气的燃烧几乎不产生或不产生烟尘颗粒和其他颗粒物。 2013年,在一辆城市公交车发生火灾后,这种燃料的安全性受到质疑,其中通过安全阀吹出的气体引起了十多米的火焰。

耗气量

欧洲

欧洲经合组织成员国的天然气消费总量——即整个欧洲减去俄罗斯、白俄罗斯、乌克兰、亚美尼亚、阿塞拜疆、格鲁吉亚、拉脱维亚、立陶宛、罗马尼亚、摩尔多瓦、保加利亚、克罗地亚、塞尔维亚、科索沃、波斯尼亚-黑塞哥维那、马其顿、黑山和阿尔巴尼亚 – 2016 年:5010 亿立方米(2011 年:516)。欧盟内最大的天然气消费据信在英国;2010 年达到 980 亿立方米。紧随其后的是德国,2010 年的消费量为 970 亿立方米。

进口

2016 年欧洲经合组织国家的国内天然气总产量约为 2450 亿立方米(2011 年:2710 亿立方米)。消耗量为5010亿立方米(见上),因此当年净进口量为2560亿立方米。2011年向欧洲经合组织国家供应天然气的最重要的非经合组织国家是:前苏联(即主要是俄罗斯,另见 Gazprom):1340 亿立方米阿尔及利亚:490 亿立方米卡塔尔:410 亿立方米。

荷兰人

2005 年,荷兰家庭平均每年消耗约 1600 立方米的天然气。近年来,由于家庭绝缘的改善以及家庭中高效锅炉比例的增加,天然气消耗量有所下降。1996 年的平均消耗量仍约为 2100 立方米。近年来温暖的冬天似乎也在其中发挥了作用。尽管 83% 的家庭使用燃气做饭,但做饭只需要消耗燃气的 3%。热水供应占消费量的 19%,供暖占 78%(2001 年)。

未来

政府选择了以下措施: 原则上,不会在新居民区建设新的燃气基础设施。《天然气法》将相应修改。《燃气法》中的燃气连接义务将转变为更广泛的能源基础设施供暖连接权。到2050年,政府希望取消所有家庭的燃气连接(“从燃气分开”)。房主协会询问有关成本、替代方案和舒适度的问题。VEH 估计,每个家庭断开和转换的成本可达数万欧元。使一个普通的家庭能源中性花费 50,000 欧元,这取决于起始情况、家庭的大小以及技术和设备的选择。

成本(家庭使用)

2019 年,一立方米天然气的平均成本为 76 美分。这包括额外成本,例如运输成本、能源税 (REB) 和固定费用(必须为天然气连接支付的固定金额)。因此,每月平均耗气量的成本约为 160 欧元。这构成了能源账单的最大部分。

价格发展(国内使用)

每立方米天然气的平均价格,包括增值税(区域 3);2003:0.274664 欧元 2004:0.2697 欧元 2005:0.32448 欧元 2008:0.60272 欧元 2009:0.71810 欧元

香味

清洁的天然气(除去硫化氢)是无味的。为了确保快速检测到泄漏的气体,添加了气味剂。在荷兰,为此使用 18 mg/m³ 四氢噻吩 (THT)。德国、奥地利和英国的部分地区使用叔丁基硫醇。在比利时,这两种物质都被使用,每个天然气分配网络都有一种气味剂。也使用其他硫醇和二甲硫醚。重要的是人们在空气-天然气混合物变得爆炸之前就已经闻到了气体。通过这种方式,人们可以及时得到警告,并可以采取必要的措施。空气中约 1% 的天然气会闻到这种气味。气体短缺保护也用于保护气体供应。

生物发酵产生的甲烷

甲烷气体的形成过程不必像石油和煤炭那样需要几个世纪。每当有机物质被厌氧分解时,就会形成甲烷以及二氧化碳和硫化氢等气体。这种自然过程只发生在没有氧气的情况下,否则堆肥过程优先。原则上,堆肥不会产生甲烷气体。在自然界中,这个过程发生在沼泽水位以下。该过程的另一种形式是生物发酵,其中形成沼气,然后用于发电。此外,沼气还可以升级为天然气质量并进入燃气管网。

无机来源的天然气?

由亨利·斯科特 (Henry Scott) 领导的印第安纳大学团队将方解石 (CaCO3)、氧化铁 (FeO) 和水 (H2O) 放入实验室,置于 5 到 11 吉帕的高压下。同时,使用激光加热这些物质。通过这种方式,模拟了地壳 10 公里深处必须存在的条件。在实验过程中,形成了甲烷 (CH4)。这引发了关于天然气可能的无机来源的讨论。在土星的卫星泰坦和火星上也发现了甲烷。

二氧化碳排放量

1 m³ (​​1 bar, 0 °C) 天然气的燃烧会释放大约 1.8 kg 的 CO2。这仅涉及天然气本身和燃烧过程中释放的 CO2。然而,这只是天然气作为产品造成的二氧化碳排放总量的一部分。根据井到轮法,天然气在检测、生产、清洁、运输、加压和储存过程中产生的所有 CO2 也归因于天然气的 CO2 排放。这可能占总排放量的 20% 左右,这使每立方米天然气的排放量达到 2.2 千克二氧化碳。生物燃料的评估方式类似。此外,天然气/甲烷在未燃烧的情况下释放到大气中时,本身就是一种比 CO2 强得多的温室气体。在阳光和由此产生的 OH 自由基的影响下,大气中的甲烷最终被氧化,即转化为 CO2。甲烷在大气中的平均寿命约为 12 年。

分配

Fluvius(Eandis 和 Infrax 合并)(法兰德斯) Nederlandse Gasunie(荷兰)

另见

德国天然气和水协会 Aardgasbaten

外部链接

国际天然气化学品安全卡