在公元前6000年到公元前2000年間,伊朗首先發現了從地表滲出的天然氣。許多早期的作家都曾描述過中東有原油從地表滲出的現象,特別是在今日阿塞拜疆的巴庫地區。滲出的天然氣剛開始可能用作照明,崇拜火的古代波斯人因而有了"永不熄滅的火炬"。中國利用天然氣是在約公元前900年。中國在公元前211年鉆了***個天然氣氣井,據有關資料記載深度為150米(500英尺)。在今日重慶的西部,人們通過用竹竿不斷的撞擊來找到天然氣。天然氣用作燃料來干燥巖鹽。后來鉆井深度達到1000米,至1900年已有超過1100口鉆井。
直到1659年在英國發現了天然氣,歐洲人才對它有所了解,然而它并沒有得到廣泛應用。從1790年開始,煤氣成為歐洲街道和房屋照明的主要燃料。在北美,石油產品的***次商業應用是1821年紐約弗洛德尼亞地區對天然氣的應用。他們通過一根小口徑導管將天然氣輸送至用戶,用于照明和烹調。
天然氣管線的改進
由于還沒有合適的方法長距離輸送大量天然氣,天然氣在整個十九世紀只應用于局部地區。工業發展中的應用能源主要還是煤和石油。1890年,燃氣輸送技術發生了重大的突破,發明了防漏管線連接技術。然而,材料和施工技術依然較復雜,以至于在離氣源地160公里(100英里)的地方,天然氣仍無法得以利用。因而,當生產城市煤氣時,伴生氣通常燒掉(即在井口燃燒掉),非伴生氣則留在地下。
由于管線技術的進一步發展,十九世紀二十年代長距離天然氣輸送成為可能。1927年至1931年,美國建設了十幾條大型燃氣輸送系統。每一個系統都配備了直徑約為51厘米(20英寸)的管道,并且距離超過320公里。在二戰之后,建造了許多輸送距離更遠、更長的管線。管道直徑甚至可以達到142厘米。十九世紀七十年代初,***長的一條天然氣輸送管線在前蘇聯誕生。例如,將位于北極圈的西西伯利亞氣田的天然氣輸送到東歐的管線,全長5470公里,途經烏拉爾山和700條大小河流。結果,世界***大的Urengoy氣田的天然氣輸送到東歐,然后再送到歐洲消費。另外一條管線是從阿爾及利亞到西西里島,雖然距離較短,但施工難度也很大,該管線管徑為51厘米,沿途要穿越地中海,所經過的海域有時深度超過600米。
當天然氣在大氣壓下,冷卻至約-162℃時,天然氣由氣態轉變成液態,稱為液化天然氣(LiquefiedNaturalGas,縮寫為LNG)。LNG無色、無味、無毒且無腐蝕性,其體積約為同量氣態天然氣體積的1/600,LNG的重量僅為同體積水的45%左右,熱值為52MMBtu/t(1MMBtu=2.52×108cal)。
液化天然氣鏈
天然氣從氣田開采出來,要經過處理、液化、航運、接收和再氣化等幾個環節,***終送至終端用戶。液化過程能凈化天然氣,除去其中的氧氣、二氧化碳、硫化物和水。這個處理過程能夠使天然氣中甲烷的純度接近100%。
天然氣田開發
天然氣田蘊藏在地層內,一般通過地震學數據探測天然氣田構造及氣田深度,也可用磁力儀,通過測量地球表面磁場的微小變化來尋找天然氣和石油。開采天然氣田的技術在現代石油工業中已相當成熟。
天然氣液化
天然氣被冷卻至約-162℃變成液態,這將使其體積減少約600倍,便于儲存和運輸。
LNG船
LNG船是指將LNG從液化廠運往接收站的專用船舶。LNG船的儲罐是獨立于船體的特殊構造。在該船舶的設計中,考慮的主要因素是能適應低溫介質的材料,對易揮發/易燃物的處理。船只尺寸通常受到港口碼頭和接收站條件的***。目前125000m3是***常用的尺寸,138000m3是現有船只中***大的尺寸。LNG船的使用壽命一般為35年-40年。
目前世界液化天然氣船的儲罐系統有自撐式和薄膜式兩種。自撐式有A型和B型兩種,A型為棱形或稱為IHISPB,B型為球形。
液化天然氣接收終端
液化天然氣的接收終端內建有專用碼頭,用于運輸船的靠泊和卸船作業;儲罐用于容納從LNG船上卸下來的液化天然氣;再氣化裝置則是將液化天然氣加熱使其變成氣體后,經管道輸送到***終用戶。
液化天然氣在再氣化過程中所釋放的冷能可被綜合利用。一般而言,約有25%的冷能可被利用。
什么是CNG和LPG?
壓縮天然氣(CompressedNaturalGas,簡稱CNG)是天然氣加壓(超過3,600磅/平方英寸)并以氣態儲存在容器中。它與管道天然氣的組分相同。CNG可作為車輛燃料利用。LNG可以用來制作CNG,這種以CNG為燃料的車輛叫做NGV(NaturalGasVehicle)。與生產CNG的傳統方法相比,這套工藝要求的精密設備費用更低,只需要約15%的運作和維護費用。
液化石油氣(LiquefiedPetroleumGas,簡稱LPG)經常容易與LNG混淆,其實它們有明顯區別。LPG的主要組分是丙烷(超過95%),還有少量的丁烷。LPG在適當的壓力下以液態儲存在儲罐容器中,常被用作炊事燃料。在國外,LPG被用作輕型車輛燃料已有許多年
天然氣的主要成分是甲烷(CH4),它本身是一種無毒可燃的氣體。同其它所有燃料一樣,天然氣的燃燒需要大量氧氣(O2)。如果居民用戶在使用灶具或熱水器時不注意通風,室內的氧氣會大量減少,造成天然氣的不完全燃燒。不完全燃燒的后果就是產生有毒的一氧化碳(CO),***終可能導致使用者中毒(反應式見下)。
2CH4+3O2→2CO+4H2O