天然气利用技术及其应用

　　摘要

随着传统能源日益枯竭，人们对新能源的认知程度逐步扩大，在世界范围的使用程度也越来越广，传统能源的弊端日渐流露出来。目前，我国的环境污染问题日益严重，越来越多的研究人员开始将重点转向对新能源的生产，以煤炭为首的传统能源体系，由于其使用效率低下，粉尘问题突出，以逐步被新型能源天然气所替代。目前天然气在我国的使用现状存在以下特点，起步晚，但发展速度迅猛，在中国广大的城市地区，天然气正逐步走入寻常百姓的灶台，成为人民日常生活不可或缺的能源体系。本文对天然气利用技术及其应用进行了综合分析，在此基础上提出天然气利用技术及其应用的优化策略，为我国新能源行业的发展提供新的思路。

　　关键词：天然气，利用技术，新能源

　　第1章天然气的大量生产与使用

天然气首先是无色的气体，主要特点就是可以燃烧，释放热量。烷烃是其主要成分，其中甲烷是比较多的，此外，天然气内部还包括少部分乙烷、丙烷和丁烷。在对天然气研究过程中，发现其中存在有机硫化物和硫化氢等杂质，所以在使用天然气之前，需要将这些杂质分离出来。除此之外，天然气是比较安全的气体，不含一氧化碳，密度比空气小，所以一旦天然气发生泄漏，扩散方向是向上。天然气主要具备的优势是绿色环保、经济实惠等，所以在未来的发展趋势中，天然气具备很大优势。目前，世界的石油资源在逐渐缺少，而且燃烧石油和煤炭等都会造成比较严重的污染，所以天然气这一新能源就应运而生。到2030年，我国的天然气需求量将剧增，需要国家和XX重视大力建设管网，更换天然气的硬件设施，实现进口和传输。据研究可以显示，我国的天然气的进口量从2006年至2013年在逐年攀升，且增长幅度较大，年增长率高达77.8%。所以说，天然气在我国的各个领域都将受到普遍欢迎。

“十三五”能源结构调整的关键是要减煤、增气、发展非化石能源，加大天然气利用力度，大幅提高一次能源消费中天然气的比重，但受经济形势下行、油气供需基本格局及价格机制等因素影响，国内天然气市场需求增速明显放缓，扩大天然气利用面临挑战与困难，因此，有必要研究天然气利用的新技术发展趋势，为扩大天然气利用，促进天然气市场的快速发展提供支持。

　　第2章天然气的利用技术

天然气可以被广泛应用到多个领域，目前，我国主要将其用于燃料、发电和化工等领域。

　　2.1天然气发电

目前天然气发电主要有两种方法，首先是在大型化工程种，天然气可以满足具体设备的需求，同时也可以实现与国家发电网的联合和循环；其次，天然气主要可以用来进行冷热电联供的热电冷联产（BCHP）技术的研究。

据研究可知，目前我国现代社会发电主要用到的能源是天然气，将其作为能源系统的核心，促进高效清洁能源的利用，逐渐在世界各地都广泛普及开来。天然气分布式能源顾名思义，主要指的是将天然气作为系统的核心，在冷热电三联供等方式的使用之下，实现对能源和资源的综合利用，提高我国能源的利用率，与此同时，天然气有助于国家和XX实现能源的梯级利用，更新我国的现代能源供应方式，促进我国对能源的合理利用。

　　2.2燃料电池

天然气燃料电池具有高效环保的特点，其基本原理是将燃料的化学能通过电化学反应装置，通过氢气在电池内的反应，可以利用反应现象得出所需要的电能。目前，可以发现我国的燃料电池主要以天然为原料，分析其中的多种类型的电解质。在此基础上，可以发现前两类技术基本成熟但还需降低成本，后两类还处于试验阶段。

　　2.3汽车燃料

天然气目前属于企业的主要燃料，在研究过程中，发现我国现在已经开发出液化天然气汽车（LNGV）、压缩天然气汽车（CNGV）等主要模式，随着天然气的不断开发利用，目前LNG汽车也在创新过程中，吸附天然气汽车暂且处于试验阶段。

　　2.4化工使用

天然气化工产业的发展也离不开对天然气的运用，首先，天然气在这一领域中充当化工产品原料的作用，工作人员可以利用净化分离和裂解的方式，将天然气进行转化，在氧化、氯化等反应模式下，天然气可以转化成乙烯、乙炔等等物质，被广泛应用于化工产品的生产过程当中。我国的天然气工业利用将持续发展。2016年，随着工业去产能的推进，主要用气行业产能过剩的情况有所好转，企业开工率增加。平板玻璃、钢铁产量同比增长4.9%、1.1%，陶瓷产量也实现较快增长。但受煤炭、燃料油、LPG等竞争能源价格较低影响，工业燃料用气需求没有根本好转，仍保持低迷态势。未来随着行业产品结构优化和质量升级、环保压力的不断升级以及工业用气成本的下降，所以我国的工业用气需求量会得到显著提升。天然气工业燃料得以不断置换，尤其是在我国的渤海区域，为了进一步防止煤炭石油等带来的大气污染，当地XX重点开发天然气资源，在某些传统工艺中渗透天然气的运用，有利于促进当地的产业结构升级，再加上我国的中西部地区在不断进行产业的交换和转移，也在一定程度上推广了天然气。

　　2.5城市燃气

天然气燃烧的热值较高，而且还具有绿色环保的特点，比较适合用在城市中。近几年随着管网的不断完善，天然气开始走进更多人的生活。我国城市的燃气目前已经广泛普及天然气，天然气的应用领域不断拓宽。2016年我国城市燃气行业规模以上企业实现主营业务收入6017亿元。我国城市燃气普及率得到显著提升，绝大部分城市将天然气作为主要的能源，城市内部的产业也开始向绿色环保的方向发展，有利于燃气的供应和服务的升级。

　　2.6LNG冷能的利用

随着LNG进口量的增加，在利用LNG冷能的过程中，天然气技术发挥着至关重要的作用，LNG的冷能主要应用于发电、冷冻仓库、干冰等；此外，还间接应用于某些冷冻食品和保存方面，具有广阔的发展和应用空间。

　　第3章天然气的应用现状

　　3.1天然气应用现状

3.1.1天然气的生产和使用都变得多样化

在天然气的生产过程中，我国致力于研究LNG项目和跨国进口天然气的领域，建设起LNG接收终端，而且加强与国外相关项目的对接，签订双方的发展合同，保证了我国天然气的充足性。与此同时，我国很多专家学者开始不断研发高科技开采技术，重视对天然气的开发和利用，而且也再进一步寻找新型清洁能源。立足于对实际情况的研究，可以发现天然气目前已经在化工、燃料等各个方面得到广泛应用。

3.1.2天然气普及变得更加广泛但管网建设仍不足

天然气要想得到进一步发展，需要国家和XX重点设置相对应的配套实施，注意对输送天然气的管网的设计。在与西方发达国家的天然气硬件设施的比较过程中，可以发现X的天然气管道的铺设完善程度远远高于我国，需要我国积极借鉴其先进的发展经验，加大建设管网，保证天然气的平衡供给和运输。

3.1.3天然气的价格制约着天然气的发展

天然气的生产过程中存在许多阻碍性因素，首先是成本问题。据研究数据可以发现，天然气的进口LNG成本价格比较高，但是在售卖的时候定价却比较低，所以很多与天然气相关的企业的利润都会受损，不利于天然气的快速发展。针对这一发展问题，国家和XX需要重视合理解决价格问题，保证相关企业的利润。

　　3.2目前中国的能源用气需求现状

3.2.1中国目前的能源供给需求分析

能源作为国家经济发展的命脉和重要支撑，一直在国家的GDP增速当中起着决定性与推动性的作用，在国民经济当中具有举足轻重的地位。我国国内的能源储量在过去一直保持较快的发展趋势，但随着国内能源储量的逐渐枯竭，能源的进出口配比势必将有所改变。能源的需求量在增加，而供给量在减少，这就会带来一定的资源危机，不利于天然气的可持续发展，从而一定量地改变供给侧产能结构的变化。

根据2005年的统计数据，我国在1989到1996年期间能源总量增长稳定，到1996年时增长速度有升有降，到1998年时下降幅度达到最大，在涨幅下降的期间，我国进行了大规模的能源供给侧改革，煤炭供给收到了极其严重的制约，电力消费状况在此期间有所增长，能源萎缩的状况或许与此变动有关，

3.2.2天然气在中国用户的使用率现状

天然气的主要优势就是清洁环保，自从上世纪90年代逐步在中国的大中城市逐步广泛开始使用以来，逐步被大多数的农村家庭作为生产生活的必备能源。过去，在中国广大的农村地区，冬天烧炭取暖是一种必须的生活模式，但煤炭取暖生火同样存在着大量的安全隐患，极易引起火灾，并有可能剥夺人们的生命财产安全。

在天然气作为人类主要的供暖物质以后，类似的安全事故与安全隐患确实在很大程度上得到了一定量的扼制与减少，但人们对于天然气使用的注意事项并不太了解，因此，推广人们的安全用气常识，势在必行。

　　第四章传统能源长期使用所产生的环境问题

　　4.1目前中国的环境污染现状

环境问题一直一来是全世界各国普遍关注的重点问题，全球气温升高，传统能源日渐匮乏枯竭，大气层受到严重破坏，南北极极地冰川的迅速消融，农村人口大量涌入城市，农田，森林，城市生态系统受到严重的破坏，人类的生存环境目前面临着巨大的危机。虽然中国在环境治理方面取得了不小的进展，但依旧存在许多问题噬待解决，环境问题依旧不容小觑，京津冀地区的雾霾问题依旧十分突出。

酸雨是一种由化工厂等向大气中大量排放酸性气体所产生的一种具有腐蚀性破坏性的降水，全国有400余个城市展开了降水质量检测，酸雨覆盖城市率为百分之三十，酸雨频率平均为百分之十八。发展至今，可以发现全国绝大多数地级以上行政单位的酸性气体的排放均超标，空气质量指数达标比例过半，轻度污染天气占比最多，中度污染天数所占百分比和重度污染天数占比较小。目前，我国大部分城市都比较重视对酸雨的检测，据研究数据可知，酸雨分布区域主要是长江流域和中下游平原，需要加大治理力度。

　　4.2传统能源的拟使用年限及危机

以化石能源使用为基础的工业革命推动了人类社会的生产与发展，也极大地促进了经济的飞跃，中国国民生产总值近些年持续保持平稳较快的增长趋势，在与GDP增速保持起头并进的，还有一个，就是中国能源消费的增长，据有关数据显示，2010年中国成为世界能源第一消费大国，并由此而引起的能源危机的问题也在逐步地加剧。

中国的GDP能耗相较于西方国家而言还是存在消费过高的趋势，在GDP增速的比例中能源所占的比例在不断地增高，但是天然气的总量在锐减，GDP在不断保持较高增速的同时，能源的产出量却在逐年下降。

中国的煤炭能源主要存在以下问题：首先，品质比较高的资源储量比较少；煤炭资源分布不均衡，造成了开采困难，但数量明显少于深井煤矿的数量，露天煤矿虽具有较大开采潜力，但随着工业化的不断发展，其原煤储量也不断地日趋枯竭，而露天煤矿的分布往往又偏居一隅，因此，煤炭的开采利用率受到了极大的制约与限制，尽管煤炭在中国现近有着大量的进口量，但劣质煤所占的比例却依旧占据着大多数的份量。

　　4.3煤、石油等传统能源长期使用所产生的危害及影响

近三百年来，人类的工业化逐渐发展起步，内燃机和蒸汽机等现代化设备逐渐发展起来，使得生产力得到了迅速的提升，但与此同时，能源所带来的大气污染问题也在不断的加剧，人类会对汽车等高能耗的机械产品产生过度的依赖，并对环境造成不可逆的影响。地球上的石油会在今后几十年内消耗殆尽，煤炭的使用年限虽然来说有两百年，但照目前汽车能源的消耗速度来看，也不会支撑太久。假想到了那时，地球上如果失去了煤炭石油等资源，那么整个世界都将陷入瘫痪，环境将受不可逆转的改变。

大量使用传统能源石油和煤炭带来了严重的环境问题，燃烧时，难免会产生有害气体，不利于城市的可持续发展，为人民群众的日常生活带来诸多不便。这些气体会带来城市的“热岛效应”，以及南北极极低上空臭氧层空洞的加剧。

煤炭中富含硫元素，在将其燃烧的时候，就会产生相对应的有害气体，对空气造成严重污染，二氧化硫进入大气层后，会与凝聚的水汽混合，并使雨水的酸度含量升高，酸雨就是这样形成的。酸雨具有很多危害，首先，酸雨会对植物有腐蚀作用，酸化和腐蚀建筑物，并使土壤酸化，危害作物健康生长。

　　第五章天然气利用技术及其应用的优化

　　5.1不断继续技术革新

天然气在未来的发展运用中具有广阔空间，在某些新工业和新装置的开发领域，还有超临界合成甲醇技术、低成本合成油和气制取等方面继续展开研究。同时对于天然气中的非烃类气体氮气和二氧化碳的开发利用也是值得关注的。资源是不可再生的，随着人类的开发和利用，目前，天然气资源应用于来越广泛，但天然气属于不可再生能源，总有资源枯竭的一天，所以需要专家学者加大对与其他新能源的开发力度，为国家和社会的发展寻找新的清洁能源。同时太阳能、风能等可再生能源的利用应当引起重视。天然气应用需要技术的支撑，国家和XX需要加大人力物力财力资源的投入，设置专门的开发和利用天然气的人才，促进天然气在我国的进一步发展。

　　5.2制定西气东输等能源协调发展战略

中国的能源分布存在着明显的地区性差异，具体变现为人口稠密地区资源匮乏，而人口稀疏用气需求量少的地区却有着极为丰富的矿产能源储量。中国西部四大气田区蕴藏着中国陆上天然气储量的半壁江山，而这四大盆地，除了四川盆地以外，均属于地广人稀的地区，用气量远不及东部人口稠密地区用气量高。位于南疆塔里木盆地的轮台气田已探明储量高达9万亿立方米，塔里木盆地巨大天然气矿藏的发现，使我国定义为天然气储量大国的有力凭证。

目前已经在建的西气东输工程，是我国极为重要的基础设施能源配套工程，输气管道建设目标为每年115亿立方米，地表管道铺设以及城市管网投资超过2800亿元。

西气东输油气田开发项目的全部工程，一半以上的管道网络铺设线均位于我国中西部地区。西气东输的全部管网的建成将有利于促进我国中西部地区的经济社会的平稳较快的发展，刺激当地的经济增速以及内需，对于改变全国的能源够都将会带来极大的促进作用，同时可以带动沿线的机械电子，冶金化工，基础设施建设等相关产业的平稳有序发展，对于扩大农村内需，增加就业岗位以及缓解就业压力具有极为重要的意义。

　　5.3制定合理开采、开发、利用传统能源的策略

天然气形成于距今7000年以前，是由有机物经过数百年复杂分解过程的结果，在离地面1000-3000米下，石油，甲烷和二氧化碳在形成过程中，会因为密度的原因，逐渐向上移动，在这些气体经过砂和砂石这些多孔性的地方的时候，难免会被滞留在岩层中。因此，虽然天然气主要是一种气体，但在一般情况下，石油与天然气是同时发现的。

无论是石油，还是天然气，都是不可再生资源，这也就意味着这些资源总有一天会面临枯竭的问题，所以在开采的时候要注意适度，使用的时候要注意节约，立足于对实际情况的研究，同时也应当考虑好，当这些能源不存在时，我们人类将如何继续将我们人类的生产发展顺利地进行下去，制定合理节约的开发策略，根据目前的需要量进行合理的适度的开采开发，才能将来之不易的，老祖宗给我们留下的这一笔财富给利用好，才不会使我们的后辈，看到一个满目疮疤的星球。

在当前的经济技术水平条件下，能够被人类利用的石油与天然气能源是特别有限的，解决能源短缺的一个重要途径即是展开能源系统化综合利用，石油天然气等能源中常伴随有一定量的微量元素和矿物成分，如果不对其加以处理，往往会对环境造成一定的危害，但反之如果对其加以回收利用的话，往往能够“变废为宝”。在普查或评价某些有油田的储量或是气田的气藏的时候，应进行全方面，客观系统的综合评价定位，全面利用。与此同时，如果将气田开采的边界品味放宽一些，当评定某些气田的气藏储量的时候，应当会有所提升。随着开采勘探技术的不断发展与进步，在今天一些被认为是有害的气体，杂志，液体等废弃物在将来或许会变成有经济价值的原材料。

　　5.4树立节能环保的节约意识与理念

能源保障着国家和社会的可持续发展，也是人类文明得以进步的主要推动力。节约石油与天然气等传统能源，合理高效地利用好能源，是整个人类社会的责任，也是每位公民所不能推脱的责任与义务。

在合理有效利用能源的进程中，需要重点贯彻落实以人为本的原则，做到由点到面，点面立体结合的原则，从提高意识水准，加强意识能力入手，XXX领导干部要充分发挥好节能表率的先锋带头作用，人民群众需要从小事做起，培养良好的行为习惯，节约能源，从自身做起。广大公民从身边的每件点滴小事做起，培养良好的节能环保的习惯。例如，在生活中尽量避免开私家车，采用低碳环保的出行方式，这样既可以节约能源，又可以保护环境。若是离开没有人呆的房间，记得随手关灯，尽量不要去使用高耗能灯泡，也要尽量减少夜间的作业量，只有我们每位公民把保护环境合理利用能源当作是自己分内的事情，不对他人吹毛求疵，我们生活的地球上的能源才能得到很好的利用，我们在做出这些小事情的同时，同时也是在为我们的未来考虑做准备。

　　第六章结论

煤炭，石油，天然气等能源是地球母亲给我们地球人类留下的弥足珍贵的宝藏与财富，只有合理，有效地利用，开采，我们的人类社会才不至于自掘坟墓地将人类文明创立的工业化社会送入坟墓，才不会让我们在我们的子孙后代眼中遗臭万年。现代社会，是工业化的社会，能源，是最为重要的，也是最为不可或缺的一个组成部分，只有高效合理地利用它，我们社会的环境才能够得以保障，能源也不会在短期内枯竭。

　　参考文献

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　　致谢

本论文是在***老师的悉心指导下完成的。***老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。……