天然气资源开发与利用的研究与应用

大力加强我国非常规天然气资源开发利用

随着全球工业化进程不断加快，化石能源日益稀缺，发展非常规油气资源越来越受关注，这也是参加今年全国两会的代表委员热议的话题。

代表委员认为，未来非常规天然气将成为我国天然气工业发展主体，通过加快非常规天然气资源开发利用，加上常规气和进口气，天然气在我国一次能源消费结构中的比重在２０３０年有望达到１５％左右。

今年政府工作报告提出，要加大地质找矿的财政投入力度，这被代表委员们视为找矿突破战略行动的重大推动力，而找矿突破行动的快速推进必将推动非常规天然气产业的迅猛发展。代表委员同时指出，政策扶持和技术创新是实现我国非常规天然气大规模开发利用的关键，国家应给予政策扶持和机制引导，确保非常规天然气开发利用的有序健康发展。

未来非常规天然气将成为我国天然气工业发展主体

随着全球工业化进程不断加快，能源资源需求和竞争日趋激烈，２０１１年我国原油对外依存度已超过５５％。在化石能源日益稀缺的今天，非常规油气资源受到越来越多的关注。在今年全国两会上，非常规油气自然也成为代表委员热议的话题。

据全国人大代表、中国工程院副院长谢克昌介绍，在传统化石能源中，天然气是相对清洁的能源。在天然气中，非常规天然气（致密气、煤层气、页岩气、天然气水合物）资源由于开发利用起步较晚，发展不均衡，现阶段总体经济性较差。致密气虽已实现了规模开发利用，但资源品质总体偏差，目前可动用比例偏低。煤层气初步实现了商业性开采，但高效、低成本开发技术尚不成熟。页岩气刚刚开始工业性先导试验，因地质与工程条件较复杂，关键技术尚未突破。天然气水合物处于基础研究和资源调查阶段。

据了解，我国非常规油气资源十分丰富，其中煤层气资源量居世界第三位，油页岩资源量居世界第四位。但由于受勘探开发难度大、技术要求高、资金投入大等因素制约，目前非常规油气资源还未得到很好利用。

以页岩气为例，国土资源部最新发布的数据显示，我国陆域页岩气地质资源潜力为１３４．４２万亿立方米，可采资源潜力为２５．０８万亿立方米（不含青藏区）。其中，已获得工业气流或有页岩气发现的评价单元，面积为８８万平方公里，地质资源为９３．０１万亿立方米，可采资源为１５．９５万亿立方米。

天然气气体水合物的开发与利用

天然气气体水合物是一种新型的天然气资源，目前已经成为进行深海自然气勘探的焦点。故而天然气气体水合物的开发与利用对于满足现代化经济和人民生活的需要，支持经济发展，建设繁荣社会意义重大。本文将介绍天然气气体水合物的科学概念、开发和利用现状、以及未来可持续利用途径。

一、天然气气体水合物概述

天然气气体水合物（Natural Gas Hydrate，NGHs）是一种含天然气的冰晶，是由天然气分子和水分子自然结合形成的一种天然化合物，主要分布在大洋中的沉积物层和陆地地下。天然气气体水合物是一种新发现的天然气储藏形式，具有储量巨大、分布广泛、温室气体排放低等特点。目前全球可开采储量约有1,500-10,000万亿立方米，价值极高。

二、气体水合物的开采现状

在现阶段，天然气气体水合物的开采存在很多困难，最主要的难题是水合物的稳定性。它只在深海或深层地下的高压和低温环境下形成，一旦形成之后，对温度、压力和外界环境的微小变化都十分敏感，很容易造成不稳定甚至自爆等问题。目前，天然气气体水合物的开采还没有能够完全解决这些问题。

三、气体水合物的利用途径 天然气气体水合物的利用途径有很多种，目前主要有以下三种方案：

（1）燃料利用：天然气气体水合物能够替代传统燃料，生成燃气，作为燃料使用。它具有高能量效益、无碳排放、资源充足等优点。

（2）海上采矿：由于气体水合物储量巨大，海上采矿也是一种可行的方案。矿山开采需要在水合物层下方钻井，采用挖掘设备进行采集。

（3）制备化学品：气体水合物中也含有一些重要的化学品，例如甲烷、丙烷、乙烯和丙烯等，这些物质可以进行化学加工，制备成为有价值的化学品。

四、未来可持续利用途径

未来气体水合物的开发和利用需要在可持续的基础上进行。环境保护、岩石矿产资源保护、以及社会责任都要纳入考虑的范围。分析未来的趋势，可持续的气体水合物开发和利用应该主要围绕以下四点展开：

天然气的组成与应用

摘要 由于我国天然气资源的大量发现以及原油可开采量的减少，利用天然气的技术和规模都获得快速发展，天然气的研究与开发越来越受到人们的关注。本文介绍了天然气的组成与最新的应用进展。

关键词 天然气 组成 应用 甲烷 甲醇

2003年底，重庆发生井喷毒气伤人事件，引起人们的关注与疑惑，其中包括不少化学教育工作者，天然气何以会含有有毒气体？同时，随着世界原油可开采量的减少，关于天然气的开发与利用，也日益引起能源、化工专家的关注，并普遍认为天然气化工将有取代石油化工之势[1，2]。

1 天然气的组成与分类

天然气通常是低碳烃的混合物，以甲烷为主，通常不含C10以上烃类[3]。因此，一般中学教科书只介绍天然气的主要成分为甲烷，但事实上天然气还含有硫化氢（H2S）、氰化氢（HCN）等有毒气体，以及少量氮气和微量的氦、氩等惰性气体，甚至某些地区的天然气以二氧化碳为主要成分（甚至高达99%以上）[3]。2003年底重庆的井喷毒气伤人事件，就是混杂在天然气中的H2S、HCN等使人中毒。

从组成上讲，天然气可分为干气和湿气。一般将甲烷含量大于90%的天然气称为干气，而低于90%的叫湿气。湿气中乙烷、丙烷、丁烷及C4以上烃类占有一定含量。按来源分，天然气可分为3类，即纯气井生产的气井气（干气）、凝析气井气（湿气）和油田伴生气。随油田不同，油田伴生气的气量相差较大[3]。

天然气的用途很广。一是作为一种高效、优质、清洁的能源，供民用或工业用；二是作为一种重要的化工原料，在以甲烷、二氧化碳等为原料的C1化学工业中，占有举足轻重的地位。专家预测，到21世纪中叶，世界能源结构中天然气将从2000年的25%增加到40%，而石油将由现在的34%降到20%。因此，天然气利用的开发显得尤为重要[3]。

2 天然气在能源领域的应用

天然气直接应用于能源领域，主要表现为城市居民用气、商业用气、发电、工业燃料等方面，但用于汽车燃料和燃料电池等也颇引人注目[4]。

天然气的综合利用与资源保护

当今世界上，天然气的地位日益重要。它是一种非常重要的能源，由于其清洁、安全、便利、高效等特点，被广泛使用于家庭和工业的各种领域。然而，随着国际石油资源的日益减少，天然气的开采量已成为近年来的世界性热点问题。在如此重要和有限的资源背景下，如何实现其合理的利用和保护显得尤为重要。

一、 天然气的综合利用

天然气是一种无色、无味、几乎不含杂质的气体。在常温常压下，它有极高的燃烧效率，同时也是一种干净的能源，使其成为一种理想的清洁能源。利用天然气发电是现代化国家能源结构调整的重要方式。它不仅可以使电网负荷的平均负荷与发电机组的理论负荷相接近，从而提高利用效率，同时还可以减少对环境的影响。

天然气发电除了具有高效、清洁等优点外，还有自带储能互补、备用快速启动、焊接快速、维护简单、易于实现自动化及远程控制等特点，能够在较短时间内进行强大的冷启动以及汽轮机组的启动保护，因此也被广泛应用于火电、热电联产等领域。

此外，天然气还可以进行化学利用。天然气中含有丰富的甲烷，可以通过化学反应转化成为其他有利的物质。例如，甲烷可和氢气集合成为一氧化碳和氢线，这一系列中间体可用于生产甲醇、聚烯烃等。 从化学反应中可得到许多有价值的化工产品，如乙烯、丙烯、合成胶等，从而实现天然气综合利用。

二、 天然气资源的保护

然而，即使如此重要的天然气资源也难以承受过度利用带来的压力，使得我们必须保护其资源。保护天然气资源的方式可以从以下几个方面实现。

首先，加强天然气开采管理。要求开采单位采取合理的开采方案、采挖技术、采挖方式、流量计量、节能节水措施等一系列手段，尽量减少对天然气矿区的破坏和破坏对生态系统的危害。

其次，鼓励科学技术的进步和革新性技术的研发，提高开采效率和效果。为了避免过度开采和破坏，可以尝试将无法开采的煤层气和页岩气等储备资源的挖掘，使储备资源也得到有效利用。

最后，促进天然气仓储及运输过程的改进。目前在液化天然气、天然气管道等方面进行研究推广，它们有着更佳的性能，能够更好地促进天然气资源的高效利用。