天然氣是指在多種自然因素作用下形成的存在于地層中一種氣體自然資源。天然氣無色、無味、無毒且無腐蝕性，比空氣輕，熱值高、易燃易爆。天然氣的成分與產地有關，主成分都是甲烷，其他包括少量的多碳烷烴、烯烴和芳香烴，以及水蒸氣、二氧化碳、硫化氫等非烴類氣體和有機硫化物、瀝青質等非氣體物質。
人類發現和利用天然氣，已經有了很久的歷史，中國作為最早利用天然氣的國家，在《華陽國志·蜀志》，《漢書地理志》，《蜀都賦》，《開工天物》等資料中都有關于天然氣的記載。
天然氣作為一種不可再生的資源，其形成機理可分為無機化合物因素作用、有機因素作用以及二者共同作用；其類型也非常豐富，不僅可以依據成因分類，還可以依據礦藏來源、烴類組分、酸性氣體含量、使用和蘊藏時的相態等進行劃分。天然一般使用自噴方式開采，開采時要盡可能防止氣藏水患。采出氣經過凈化和正戊烷回收等粗加工后，便可以用于化工生產，燃燒供能，電力電池等領域。
開發歷史
公元前兩千年前，伊朗人首先發現了天然氣。
在公元前一千年左右，在俄國巴庫，人們發現有許多從巖石縫隙中噴出的氣體，它們意外地被點燃并持續燃燒了數百年。當時的人們并不知道這是天然氣在燃燒，而是將其視為一種神性的象征，稱為“圣火“和長明之火”。
我國則是最早應用天然氣的國家，最早可以追溯到公元前250年以前，許多歷史材料中都有關于天然氣的記載。
據《華陽國志·蜀志》記載，公元前256一前251年，李冰父子于在臨邛(今邛崍市)的鹽井中發現了天然氣，當時稱為“火牛”。從公元前200年起，在邛崍境內就開始用天然氣熬制鹽巴。
《漢書地理志》載有“西河郡鴻門縣有天封苑火井祠，火從地出”。西漢宣帝神爵元年（公元前61年），在神木市和翰林縣一帶發現了天然氣井。
晉朝人左思所作的《蜀都賦》一文有“火井沈熒于幽泉，高爓飛煽于天垂。”，明朝宋應星著《天工開物》和清朝范著的《花笑庼雜筆》都談過火井煮鹽的事。
北宋仁宋、慶歷、皇佑年間(1041-1053年)，中國的鉆井技術有了一次大的革新，出現了“卓筒井”，促進了天然氣的開發利用，天然氣業開始從鹽業中獨立出來。
歐洲地區最早發現并使用天然氣的是英國，在1659年，此后歐洲才逐步認識天然氣。自1790年起，歐洲人開始利用管道傳輸天然氣，作為熱能和光源使用。19世紀20年代，隨著管道技術的迅速發展，天然氣得以實現遠距離運輸。20世紀初期，美國發現了第一口氣井，并產生了大規模的工業化使用，實現了天然氣商品生產。
天然氣的組成
組成成分
烴類物質
非烴類氣體
天然氣中各種非烴類氣體的含量與產地有很大關系，一般所含非烴類氣體有:氮氣、二氧化碳、硫化氫、氫氣、氦氣、氬、水蒸氣。
非氣體物質
主要包括多硫化氫、有機硫化物(硫醇、硫醚、硫化羰、二硫化碳等)、氣溶膠狀的瀝青質。
天然氣作為一種混合物，組成并不固定，不同地區甚至不同時間開采出來的天然氣的組成都有很大出入，但都大多包含了上述幾類物質。
組分的分析和表示
分析方法
表示方法
天然氣的物化性質
天然氣無色、無味、無毒且無腐蝕性，比空氣輕，熱值高、易燃易爆。主要成分為甲烷，也包括一定量的多碳烷烴、微量的烯烴和芳香烴，還有少量的水蒸氣、氮氣、二氧化碳和硫化物。
不同地區開采的天然氣，組分不同，其物性參數會有所不同。在標準狀態下，氣田天然氣的相對密度一般為0.58～0.62，石油伴生氣的相對密度一般為0.7~0.85，沸點在-166~-157℃之間，爆炸極限在5%～15%（體積分數）。
天然氣成因和分類
按成因機理分類
因而從成因的機理來看，天然氣可以分無機成因天然氣和有機成因天然氣。
無機成因天然氣
指在各種無機因素作用下產生的天然氣，包括巖石或地殼內部物質的化學反應與核反應，地幔巖漿活動，宇宙空間的放射性反應等。
通常認為太陽系各天體大致都是在45億年前從太陽星云凝聚而形成，星云間存在的放電反應、放射性反應和核反應等，會合成大量含碳分子和原始有機質，并被各天體以近乎相同的形式俘獲。
類比于木星和遠日行星——含碳分子以賦存于行星的大氣中等烴類為主，推斷地球也是從太陽星云俘獲的含碳分子也是以甲烷等烴類物質為主。
但由于天體之間密度和軌道半徑的差異，導致天體上含碳分子的賦存形式有所不同——木星等天體主要賦存于大氣中，而地球上的含碳分子則以主要賦存于地幔深處。
有機成因天然氣
有機成因天然氣是指在沉積巖中的有機質或者有機可燃礦產在微生物作用下中形成的天然氣。依據有機質母質類型可以劃分為腐泥型天然氣(對應于Ⅰ、Ⅱ型干酪根降解，也稱為油型氣)和腐殖型天然氣(對應煤、Ⅲ型干酪根降解，或煤成氣)；而依據有機質的熱演化程度可以劃分為生物降解成因氣(未成熟階段)、熱解氣(成熟階段)、裂解氣(過熟階段)。
此外，還有一定量的混合成因天然氣，它們是由生物化學作用、放射性作用等生成的氣體混合物組成，兼具有機與無機化合物來源。
其他分類
按礦藏來源分類
俗稱甲烷，有機化合物在缺氧及一定溫度、濕度等條件下，受到發酵細菌作用而生成的可燃氣體。沼氣的成分除了甲烷和二氧化碳之外，還有少量的氫、硫化氫、氨氣等，熱值更加低，約為。
按烴類組分關系分類
按酸性氣體含量分類
按應用中的狀態分類
根據壓力和溫度的不同，天然氣在應用過程中主要以壓縮天然氣(compressed natural gas，簡稱CNG)和液化天然氣(liquefied natural gas，簡稱 LNG)兩種狀態存在。
指壓縮到10~25MPa，體積縮小而成分未改變，并以氣體狀態儲存在容器中的天然氣。
壓縮天然氣自身沒有異味，用作燃氣時，一般要摻入一定量的加臭劑，加臭劑的最小劑量要使得泄漏到空氣中的天然氣在達到爆炸下限的 20% 的濃度時，能被覺察到。
液化天然氣(LNG)是天然氣在較低溫度下壓縮而獲得的液體氣體。因為氣體在室溫下無法進行壓縮，所以需要使用丙烷、氮氣等制冷介質來進行低溫液化。
液化天然氣經過了凈化和超低溫的處理，所以沒有任何的毒性，也沒有任何的腐蝕性；但是如果過量的話，就會讓人的身體缺氧而死。此外，液化天然氣無色無味，不能摻加臭劑，所以需要使用專門的泄漏檢測儀器進行檢測。
按在地下存在的相態
可分為游離態、溶解態、吸附態和固態水合物（可燃冰）。一般開采使用的是游離態形成的天然氣藏。
天然氣開采和粗加工
天然氣的開采
開采方式
石油伴生氣因其和原油儲藏在同一層位，會隨著原油一起被開采出來。非伴生氣因其是以氣體狀態存在，一般使用自噴方式開采，和原油的自噴油方式基本一樣，但是采氣井口裝置的承壓能力和密封性能要求更高。
氣藏水患的防止
氣藏水患，是指在開采天然氣的過程中，由于高滲透性地帶的水的入侵，巖縫中未排出的天然氣非但沒被驅逐，反而被封閉起來，造成死氣區。
氣藏水患會極大地減少了天然氣儲層的最后開采，通常有排水法和堵水法兩種阻止。堵水主要采用化學封堵、機械卡堵等手段來分隔氣、水層。排水就是多種排水方式來排出井口內的水，主要有小型管道排水法、泡沫排水法、塞氣舉排水法、深井抽氣法。
天然氣的凈化
從氣井排出的氣體存在著大量的不穩定成分，對工業生產非常不利，還會對天然氣的運輸產生不利的作用。所以，從氣井排出氣體時，首先要進行氣體的分離和提純。
輕烴回收
輕烴，即天然氣凝液 (natural gas liquids，NGL)，又稱為液烴。輕烴回收就是把比甲烷和乙烷分子量更大的氣體變成液體的工藝。輕烴回收不僅可以防止氣、液兩相的流動，而且回收的液態烴類具有較高的經濟價值，可以作為燃料或化工原材料。
吸附法
基于多孔性固體吸附劑對碳氫化合物中的吸附性能不同，實現天然氣的重組份和輕組分的分離。該法一般用于重烴含量較少的天然氣和伴生氣的加工，處理規模不大。
油吸收法
基于不同組分的天然氣在吸收油中溶解度不同，實現天然氣不同組分的分離。分為常溫油吸收法和低溫油吸收法。
低溫分離法
又稱為冷凝分離法，基于原料氣體中各種成分的冷卻特性的差異，通過冷凝系統將原料氣冷卻到特定的溫度，使得沸點較高的組分液化，實現凝液回收。低溫分離法又分為淺冷分離和深冷分離工藝。
通過輕烴回收工藝，主要可以獲得獲得三部分工業原料：用于制取硫的酸氣、用于燃燒和化工的商品天然氣、用于其他工業用途的液化石油氣和天然氣油。
天然氣的利用
燃燒利用
天然氣用作燃料，主要是利用其燃燒發出的熱能。
優勢：
1. 天然氣的可燃性極限范圍很窄，對缺氧很敏感，回火的危險性低。
2. 最大燃燒速度比較小，燃燒火焰比較穩定。
3. 熱值高，燃燒需要的空氣相對更多。
4. 輻射系數低。
5. 含硫量低，天然氣含硫量較低，在回收廢氣中廢熱時，不會使換熱器產生嚴重的腐蝕問題。
6. 輸送方便，對環境污染小，清潔無灰渣，不生成煙塵及污水。
燃燒技術：天然氣擴散燃燒技術，預混燃燒技術，高速燃燒技術、低NOx燃燒技術。
應用領域：冶金工業，制冷，天然氣燃氣輪機、汽車內燃機、工業發電。
排放物：天然氣鍋爐和火爐的排放物包括NO、CO、CO2、CH4、二氧化氮、少量二氧化硫和PM。
缺點：
化工利用
天然氣的化工利用按轉化方式可分為直接轉化法和間接轉化法兩大類。
直接轉化法
間接合成法
天然氣間接轉化是將天然氣先轉化成合成氣（氫氣、一氧化碳）或者含氫量很高的氣體，進一步合成其他化工產品，例如氨、甲醇、天然氣合成油(GTL)、羰基等。
合成氣是一種重要的化工原料氣，主要成分是CO和H2。合成氣的氫碳比決定了化工使用方向，一般制備甲醇或者液體燃料要求該比值在2左右，制備基要求它在1左右。
蒸汽轉化法——利用天然氣與高溫水蒸氣進行吸熱反應獲得，合成氣的氫碳比較高；
部分氧化法——通過催化劑將天然氣在氧氣或者空氣參與下轉化獲得，合成氣的氫碳比可隨著反應條件進行調整。
相比石油和煤炭，天然氣合成氨具有工藝技術成熟、投資少、能耗低的優點，是更好的原料選擇。天然氣制氨通常采用天然氣制合成氣，進一步再制氨的方式，其基本工藝流程如圖3所示。天然氣制備的氨可以進一步生產尿素、硝酸以及其他胺類化合物。
用天然氣生產甲醇,在將天然氣用水蒸氣催化轉化成合成氣后,根據所用催化劑的不同,可分為高壓、中壓和低壓合成3種方法。
低壓法——采用銅基催化劑(CuO-ZnO-Al2O3)。具有良好的催化劑活性、選擇性和產品產率，但耐硫性比較差，生產費用比較高，一般只適合小型工業。
高壓法——催化劑為氧化鋅/氧化鉻復合催化劑。該催化劑具有良好的耐硫性和良好的耐熱性能，但其選擇性低，易產生大量的副產品。
中壓法——催化劑為三元銅系催化劑。通過對低壓工藝的改造，使溫度和壓力得到了適度的提升。它兼具了高壓與低壓兩種方法的優勢。
合成甲醇的反應為：
工藝流程如圖圖示。
另外，利用甲醇可以進一步合成甲醛、二甲醚、甲胺、乙酸、甲烷氯化物。
天然氣制其他物質
用于生產蛋白質
通過微生物轉化作用，生產用于飼料或食物的蛋白。相比于石油，以天然氣為原料生產的蛋白質，不需要額外的消毒處理。
用于燃料電池
3.特點：具有效率高、安全性高、可靠性高、非常清潔、操作性能良好、靈活性強等優點。
天然氣的分布
石油天然氣作為一種不可再生資源，在世界范圍內分布并不均衡。其資源分布及特點見下表
儲運及安全事宜
儲存
地下儲存
枯竭儲層：是指將原來開采石油或者天然氣后，留下的自然的地下儲層結構，作為天然氣的儲存設備。
含水層：含水層是一種地下高滲透性巖層，是一種天然儲水庫，用于天然氣的儲存時，需要上面覆蓋有水蓋層。
鹽穴：將鹽礦床中鹽提取出來后，在地層下形成的非常大的真空空間。
地上儲存
儲氣罐：儲氣罐最早是用于煤氣的存儲，通過相關改進和設計，也可以用于天然氣或者加工后的液化天然氣儲存。儲氣罐一般儲存的容量非常有限，但儲存的天然氣壓力可以調控，運輸調配也更加便利，可以平衡多種不同需求。
運輸
安全風險
消防
參考資料 >